TITRE : PROCEDE DE GESTION DE COUPLE PRELEVE SUR UN MOTEUR THERMIQUE PAR UN ALTERNATEUR

La présente invention revendique la priorité de la demande française N° 1912928 déposée le 20.11.2019 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

La présente invention concerne la gestion du redémarrage des moteurs thermiques en cas de calage. Plus particulièrement, l’invention a pour objet la gestion de couple prélevé sur un moteur thermique par un alternateur.

Les véhicules automobiles comprennent un moteur thermique et des consommateurs électriques. Les consommateurs électriques peuvent être alimentés par une batterie ou encore un alternateur. Cet alternateur est classiquement relié au moteur thermique par l’intermédiaire d’une courroie et produit de l’électricité pour alimenter les consommateurs électriques et/ou recharger la batterie en prélevant du couple au moteur thermique.

Cependant, en fonctionnement du moteur thermique ne doit pas descendre en dessous d’un seuil de régime. En effet le moteur thermique n’est exploitable qu’au-dessus de ce seuil de régime minimum, dit régime de ralenti.

Lors d’un besoin de production d’électricité, usuellement à une tension de 12V si les consommateurs ou la batterie fonctionne sous une tension de 12 V, une consigne de couple est demandée à l’alternateur. Or dans certains cas, le moteur thermique peut ne pas être dans des conditions de fonctionnement optimales (ex : en altitude, par forte température, en mode dégradé, ...) et peut ne pas être capable de compenser totalement ce couple prélevé par l’alternateur. Dans ce cas, il peut survenir un calage du moteur.

Une solution pour empêcher le calage du moteur, connue du document FR2840961 A1 peut être de mettre hors service la fonction de production d'énergie électrique de -alternateur lorsque le capteur de vitesse détecte une vitesse de rotation du moteur en-dessous d'un seuil prédéterminé. Cependant cette solution peut ne pas être suffisante dans toute les situations de vie et le calage du moteur peut avoir lieu tout de même. Dans la situation de vie de calage moteur une solution peut être de redémarrer le moteur sans délai une fois le moteur calé et de prélever de nouveau du couple par l’alternateur.

Cependant cette solution entraîne un risque de répétition en boucle de calage / redémarrage/ prélèvement de couple. En effet, lors du premier calage le moteur est redémarré aussitôt et relancent le prélèvement de couple par l’alternateur. La plupart du temps les mêmes causes entraînant les mêmes effets et le moteur cale à nouveau. On rentre alors dans une répétition en boucle de calage/redémarrage/prélèvement de couple.

L’invention vise à éviter le risque de répétition en boucle de calage / redémarrage/ prélèvement de couple par l’alternateur. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de gestion de couple prélevé sur un moteur thermique par un alternateur pour produire de l’électricité afin de subvenir à un besoin électrique, le procédé comprenant les étapes de :

-détermination du besoin électrique,

-détermination et application d’une consigne de couple à prélever au moteur thermique par l’alternateur pour subvenir au besoin électrique déterminé, cette consigne étant progressive selon une première rampe de montée de couple, caractérisé en ce que lorsqu’un calage du moteur thermique est détecté pendant la montée progressive de la consigne de couple à prélever, le moteur thermique est redémarré et une consigne de couple à prélever au moteur thermique par l’alternateur est appliquée selon une seconde rampe de montée de couple, cette seconde rampe étant inférieure à la première rampe appliquée avant le calage du moteur.

L’effet technique est de permettre, grâce à cette seconde rampe réduite par rapport à la première rampe, de laisser plus de temps au moteur thermique d’augmenter son couple en conséquence et donc de respecter sa consigne de régime optimale. Il en résulte l’annulation de l’effet de répétition de séquence de calage / redémarrage/ prélèvement de couple par l’alternateur.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :

Selon une réalisation, le besoin électrique est traduit en couple à prélever au moteur thermique par l’alternateur. Selon une réalisation, suite au calage du moteur thermique, son redémarrage est initié dès que le régime moteur devient nul.

Selon une réalisation, une consigne de régime moteur est déterminée à partir du besoin électrique et en ce que la seconde rampe de couple à prélever au moteur thermique est appliquée lorsque le régime moteur atteint la consigne de régime moteur.

Selon une réalisation, la seconde rampe est comprise entre 10% et 50% de la valeur de la première rampe.

Selon une réalisation, l’alternateur est un alterno-démarreur et le redémarrage est effectuée par cet alterno démarreur.

L’invention a également pour objet un calculateur électronique, comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d’un procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.

L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur thermique auquel est relié un alternateur, et comprenant un tel calculateur électronique.

D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :

[Fig 1] : La figure 1 représente une chaîne de traction de véhicule automobile

[Fig 2] : La figure 2 représente un chronogramme d’évolution de régime du moteur thermique et de couple prélevé par l’alternateur lors de la mise en oeuvre du procédé de l’invention.

La figure 1 représente une chaîne de traction d’un véhicule automobile. La chaîne de traction comprend un moteur thermique, MTH, par exemple un moteur à allumage commandé ou à allumage par compression. Un alternateur ALT est relié au moteur thermique MTH. Classiquement l’alternateur ALT comprend un rotor entraîné en rotation par le moteur au moyen d’une courroie ou d’une chaîne. L’alternateur est relié à des moyens de stockage d’énergie électrique, telle qu’une batterie 12V (non représentée) et à des consommateurs électriques (non représentés). Par consommateurs électriques, on entend des organes du véhicule utilisant de l’énergie électrique. A titre d’exemple ces consommateurs électriques peuvent être des moyens d’éclairage, un calculateur, une radio, une résistance chauffante, une direction électrique, un moteur d’essuie-glace, etc...

L’alternateur permet de produire l’électricité en prélevant du couple au moteur thermique et de recharger moyens de stockage d’énergie électrique ou produire l’électricité pour les consommateurs électriques.

Le moteur thermique MTH est également relié à une boîte de vitesse BV reliant une embrayage EMB aux roues R via un ou plusieurs rapports de démultiplication Rm. L’embrayage EMB permet le décollage par le glissement entre le moteur MTH et la boite de vitesse BV.

La chaîne de traction peut encore comprendre une machine électrique MEL attelée à la boîte de vitesse BV. Dans ce cas la chaîne de traction est une chaîne de traction hybride thermique - électrique.

Cette chaîne de traction peut comprendre un démarreur distinct de l’alternateur ALT, pour le démarrage du moteur thermique. L’alternateur ALT peut être un alternateur pouvant être piloté pour assurer le démarrage du moteur thermique. L’alternateur est alors désigné comme une alterno-démarreur.

Cette chaîne de traction comprend encore un calculateur CE comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé de l’invention détaillé après.

La figure 2 présente un chronogramme montrant la gestion du couple prélevé sur le moteur thermique, par l’alternateur. Le graphe supérieure présente l’évolution du régime moteur N en fonction du temps t. Le graphe inférieur présente l’évolution du couple C en fonction du temps t. Le régime moteur N et le couple C s’exprime respectivement en tr/min et en N.m. Le temps s’exprime en seconde.

Sur la figure 2, la référence 1 indique un besoin électrique. Ce besoin en électricité est exprimé ici en couple à prélever sur le moteur thermique, par l’alternateur. Ce besoin électrique est déterminé en fonction de besoin en alimentation électrique des consommateurs activés et/ ou du besoin de recharge des moyens de stockage électrique. Ce besoin se traduit également par une consigne 3 de régime du moteur à suivre.

Ainsi, lors d’un besoin de production d’électricité, le calculateur CE détermine une consigne 2 de couple à demander à l’alternateur ALT. Afin de maîtriser un bon compromis performance, agrément, consommation, acoustique, durabilité. Pour maîtriser ce régime moteur, le prélèvement du couple par l’alternateur ALT se fait par avec une montée progressive, selon une première rampe linéaire de gradient P1 .

Ainsi, dans l’exemple de la figure 2, entre les instants tO et t1 , pour subvenir au besoin électrique, on applique une consigne 2 de couple à prélever qui augmente progressivement selon la rampe de montée de couple de pente P1 pour tendre vers la consigne 1 de couple à prélever. Dans le même temps, le régime moteur N est mesuré (courbe 4).

Dans cette situation de vie on observe à l’approche de t1 une chute du régime moteur mesuré : le moteur thermique n’est pas capable de compenser totalement ce couple prélevé par l’alternateur.

Lors de la montée progressive de la consigne 2 de couple à prélever, à l’instant t1 , le régime moteur passe sous un seuil de régime Ns, pour lequel on considère que le moteur est en cours de calage. Ce seuil de régime Ns peut être par exemple de 500 tr/min. A cet instant on annule la consigne 2 de couple à prélever par l’alternateur afin de permettre le redémarrage ultérieur du moteur thermique. En raison du temps de réponse du système le couple réellement prélevé par l’alternateur se prolonge au-delà de t1 jusqu’à l’instant t2.

A L’instant t3 le régime moteur est nul. Le redémarrage est ici amorcé dès que le régime moteur est nul, afin de réduire le temps sans production d’électricité. Le redémarrage commence par une phase de mise en rotation du moteur thermique qui peut être faite par le démarreur ou si l’alternateur ALT est un alterno-démarreur, par ce dernier. La mise en durant cette phase, le régime moteur augmente jusqu’à atteindre à l’instant t4 un seuil de régime Na pour lequel le moteur devient autonome, autrement dit qu’il peut poursuivre la montée en régime par sa combustion, désormais sans assistance du démarreur ou de l’alterno-démarreur.

A l’instant t5, le régime moteur réel 4 a atteint la consigne 5 de régime moteur. On décide à ce moment de recommencer alors à appliquer de nouveau une consigne de couple. Cette fois, la consigne 2 de couple à prélever au moteur thermique par l’alternateur est appliquée selon une seconde rampe, P2, de montée de couple, cette seconde rampe P2 étant inférieure à la première rampe P1 qui avait été appliquée avant le calage du moteur. Cette seconde rampe réduite par rapport à la première permet de laisser plus de temps au moteur thermique d’augmenter son couple en conséquence et donc de respecter sa consigne de régime optimale. Il en résulte l’annulation de l’effet de répétition de séquence de calage / redémarrage/ prélèvement de couple par l’alternateur.

La seconde rampe P2 de montée de couple peut être comprise entre 10% et 50% de la valeur de la première rampe P1 . Ainsi pour un première rampe P1 de montée de couple de 500 N. m/s, la seconde rampe P2 peut être comprise entre 50 N. m/s et 250 N. m/s.

Cette stratégie permet d’éviter tout risque de répétition de séquence boucle de calage / redémarrage/ prélèvement de couple par l’alternateur à la suite d’un décollage ayant entraîné un premier calage du moteur thermique. Elle permet donc au moteur de respecter sa consigne de régime optimale permettant le respect des contraintes multi-prestations de performance, d’agrément, de consommation, d’acoustique, ou de durabilité. Notamment, elle permet :

-d’éviter les trous de couples, chocs ou oscillations occasionnés par des calages répétitifs du moteur.

-d’éviter les désagréments acoustique et vibratoire lors des calages.

-un meilleur suivi de consigne de couple conducteur et donc un meilleur agrément de conduite.

-une réduction du temps sans production d’électricité (en calant le moteur ne sait plus produire d’électricité)

-un meilleur compromis pollution/consommation en évitant les multiples redémarrages moteur.