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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR COLD-STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141612
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for cold-starting an internal combustion engine, said method comprising: a step (103) of activating a starter generating a first torque; a step (106) of activating a starter-alternator generating a second torque so as to add the second torque to the first torque in order to start said internal combustion engine; and a step (102) of initialising a criterion comprising a previously measured level of supply voltage of the starter in order to ensure that the starter-alternator is not activated before activating the starter.

Inventors:
SAINT-LEGER, Gerard (45 Rue du Marechal Foch, VERSAILLES, 78000, FR)
Application Number:
EP2019/050751
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
January 14, 2019
Export Citation:
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Assignee:
RENAULT S.A.S (13-15 quai Le Gallo, BOULOGNE-BILLANCOURT, 92100, FR)
International Classes:
F02N11/00; F02N11/04; F02N15/08
Foreign References:
FR2839119A12003-10-31
FR3003308A12014-09-19
FR2969220A12012-06-22
FR2839119A12003-10-31
FR3003308A12014-09-19
FR2969220A12012-06-22
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Procédé de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne comprenant une étape ( 103) d’activation d’un démarreur procurant un premier couple, caractérisé en ce qu’il comprend :

- une étape ( 106) d’activation d’un alternodémarreur procurant un deuxième couple de manière à ajouter le deuxième couple au premier couple pour démarrer ledit moteur à combustion interne, et

- une étape ( 102) d’initialisation d’un critère assurant de ne pas activer l’alternodémarreur avant d’activer le démarreur, ledit critère comportant un niveau de tension d’alimentation du démarreur préalablement mesuré en étape ( 102) d’initialisation.

2. Procédé de démarrage selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comprend :

- une étape ( 105) de mesure postérieure dudit niveau de tension, et

- une étape ( 104) exécutée à la suite de l’étape ( 103) d’activation du démarreur, consistant à déclencher ladite étape ( 105) de mesure postérieure si une différence entre le niveau de tension postérieurement mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est inférieur en valeur absolue à un seuil de chute de tension, et consistant à déclencher ladite étape ( 106) d’activation de G alternodémarreur si ladite différence entre le niveau de tension postérieurement mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est supérieur en valeur absolue au seuil de chute de tension.

3. Procédé de démarrage selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le démarreur est de type à engrenages.

4. Procédé de démarrage selon l’une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que l’alernodémarreur est de type à courroie.

5. Procédé de démarrage selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit critère comporte aussi une temporisation positionnée en étape (102) d’initialisation.

6. Procédé de démarrage selon la revendication 5 , caractérisé en ce que :

- ladite temporisation est décrémentée en étape ( 105) de mesure postérieure, et

- l’étape ( 104) exécutée à la suite de l’étape ( 103) d’activation du démarreur, consiste aussi à déclencher ladite étape ( 105) de décrémentation si ladite temporisation est à une valeur non nulle, et consistant à déclencher ladite étape ( 106) d’activation de l’alternodémarreur si ladite temporisation est à une valeur nulle.

7. Procédé de démarrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le démarreur est alimenté par une première batterie (6) et en ce que l’alternodémarreur est alimenté par une deuxième batterie (8) distincte de la première batterie (6).

8. Procédé de démarrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend une étape ( 109) de désactivation simultanée du démarreur et de l’alternodémarreur si le moteur à combustion interne a démarré.

9. Système de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne comprenant un démarreur ( 1 ) apte à procurer un premier couple et un alternodémarreur (2) apte à procurer un deuxième couple, caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur embarqué (5) agencé pour mettre en œuvre le procédé de démarrage selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.

10. Système de démarrage à froid selon la revendication 9, caractérisé en ce que le démarreur ( 1 ) est sous dimensionné pour démarrer le moteur à combustion interne au moins en cas de basse température extérieure.

1 1 . Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un système de démarrage à froid selon l’une des revendications 9 ou 10.

Description:
Procédé et système de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne

L’invention concerne un procédé de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne comprenant une étape d’activation d’un démarreur procurant un couple appliqué au moteur d’un véhicule, notamment d’un véhicule automobile, pour le faire démarrer sur commande d’un utilisateur du véhicule.

L’invention concerne aussi un système comprenant le démarreur ci-dessus cité et un alternodémarreur généralement utilisé pour redémarrer automatiquement le moteur thermique, à la suite d’un arrêt automatique de durée suffisamment courte pour que le moteur reste sensiblement à sa température de fonctionnement nominale. L’ alternodémarreur fonctionnant à température sensiblement nominale de marche du moteur à combustion interne, se contente très bien de fournir un couple nettement inférieur à celui qui est nécessaire à un démarrage à froid.

Généralement, le démarreur et l’alternodémarreur sont utilisés indépendamment l’un de l’autre, le premier pour les démarrages volontaires à froid et le second pour les redémarrages automatiques à chaud. Le démarreur est alors habituellement dimensionné pour procurer une valeur de couple suffisante à démarrer le moteur à combustion interne pour un type de moteur donné et pour toutes les conditions d’utilisations prévues des véhicules équipés de ce type de moteur. Pour des moteurs nécessitant un couple élevé tels que les moteurs diesels ou pour des véhicules amenés à démarrer par grand froid, les procédés et les systèmes habituellement mis en œuvre, nécessitent des démarreurs dimensionnés à des valeurs qui présentent des inconvénients en termes de coût, de diversité et de poids élevés. Dans l’état antérieur de la technique, le document FR28391 19 propose bien de faire intervenir le démarreur du démarrage à froid pour supporter l’alternodémarreur de redémarrage automatique à chaud, en cas de détection d’un mauvais démarrage. Cependant, ce document ne permet pas de répondre au problème technique posé par un dimensionnement du démarreur à des valeurs suffisamment élevées pour démarrer à froid le moteur à combustion interne dans de nombreuses conditions qui peuvent se présenter à un véhicule automobile.

Le document FR3003308 divulgue un procédé qui consiste à activer un démarreur classique puis à passer en mode moteur une machine électrique dès qu’un seuil de vitesse de rotation pour entraîner le moteur thermique est atteint. Le risque est de ne pas passer en mode moteur la machine électrique si le démarreur classique n’est pas suffisamment puissant pour atteindre le seuil de vitesse.

Le document FR2969220 divulgue un groupe moteur qui comporte un démarreur pour le démarrage à froid d’un moteur thermique et un alternodémarreur pour le redémarrage à chaud du moteur thermique. Pour le démarrage à froid du moteur thermique, le démarreur est d’abord activé puis G alternodémarreur est activé après le franchissement d’un pic d’appel de courant provoqué par l’activation du démarreur. La méthode divulguée a pour inconvénient de devoir estimer que le pic de courant est franchi après écoulement d’une temporisation préétablie arbitrairement ou par une combinaison de plusieurs physiques liées aux états du groupe moteur.

Pour remédier aux inconvénients de l’état antérieur de la technique, l’invention a pour objet un procédé de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne comprenant une étape d’activation d’un démarreur procurant un premier couple, caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape d’activation d’un alternodémarreur procurant un deuxième couple de manière à ajouter le deuxième couple au premier couple pour démarrer ledit moteur à combustion interne, et

- une étape d’initialisation d’un critère assurant de ne pas exécuter ladite étape d’activation de G alternodémarreur avant ladite étape d’activation du démarreur, ledit critère comportant un niveau de tension d’alimentation du démarreur préalablement mesuré en étape d’initialisation.

Particulièrement, le procédé de démarrage comprend :

- une étape de mesure postérieure dudit niveau de tension, et

- une étape exécutée à la suite de l’étape d’activation du démarreur, consistant à déclencher ladite étape de mesure postérieure si une différence entre le niveau de tension postérieurement mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est inférieur en valeur absolue à un seuil de chute de tension, et consistant à déclencher ladite étape d’activation de l’alternodémarreur si ladite différence entre le niveau de tension postérieurement mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est supérieur en valeur absolue au seuil de chute de tension.

Notamment, le démarreur est de type à engrenages.

Notamment aussi, l’alernodémarreur est de type à courroie.

Particulièrement, ledit critère comporte une temporisation positionnée en étape d’initialisation.

Plus particulièrement, le procédé de démarrage comprend alors :

- une étape de décrémentation de ladite temporisation, et

- une étape exécutée à la suite de l’étape d’activation du démarreur, consistant à déclencher ladite étape de décrémentation si ladite temporisation est à une valeur non nulle, et consistant à déclencher ladite étape d’activation de G alternodémarreur si ladite temporisation est à une valeur nulle. Particulièrement aussi, ledit critère comporte un niveau de tension d’alimentation du démarreur préalablement mesuré en étape d’initialisation.

Plus particulièrement, le procédé de démarrage comprend alors :

- une étape de mesure postérieure dudit niveau de tension, et

- une étape exécutée à la suite de l’étape d’activation du démarreur, consistant à déclencher ladite étape de mesure postérieure si une différence entre le niveau de tension mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est inférieur en valeur absolue à un seuil de chute de tension, et consistant à déclencher ladite étape d’activation de l’alternodémarreur si ladite différence entre le niveau de tension postérieurement mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est supérieur en valeur absolue au seuil de chute de tension.

Avantageusement, le démarreur est alimenté par une première batterie et l’alternodémarreur est alimenté par une deuxième batterie distincte de la première batterie.

De préférence, le procédé de démarrage comprend une étape de désactivation simultanée du démarreur et de l’alternodémarreur si le moteur à combustion interne a démarré.

L’invention a aussi pour obj et un système de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne comprenant un démarreur apte à procurer un premier couple et un alternodémarreur apte à procurer un deuxième couple, caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur embarqué agencé pour mettre en œuvre le procédé de démarrage ci- dessus exposé.

Avantageusement, une mise en œuvre du système permet au démarreur d’être sous dimensionné pour démarrer à lui seul le moteur à combustion interne au moins en cas de basse température extérieure. Avantageusement aussi, il devient possible d’alléger tant en termes de poids que de coût, un véhicule automobile comprenant le système de démarrage à froid ci-dessus exposé.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description d’un mode de réalisation nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 montre un système permettant une mise en œuvre de l’invention ;

- la figure 2 montre un procédé conforme à l’invention pouvant être mis en œuvre sur le système de la figure 1 ;

- la figure 3 montre une variante du système de la figure 1 système permettant une mise en œuvre de l’invention.

La figure 1 illustre un système de démarrage à froid de moteur à combustion interne (non représenté) comprenant un démarreur 1 relié sur l’une de ses bornes à la masse d’un véhicule, notamment d’un véhicule automobile, et sur l’autre de ses bornes à une batterie 6, notamment une batterie dite de servitude, pour délivrer une tension continue nominale de 12V, de manière par exemple à rendre apte le démarreur 1 à procurer un premier couple. Le démarreur 1 est un démarreur classique habituellement utilisé pour chaque démarrage à froid. Le démarreur est par exemple de type à engrenage. De manière connue en soi par ailleurs, le démarreur 1 possède alors une extrémité de rotor qui vient s’engrainer sur le moteur à combustion interne pour l’entraîner en rotation de manière à le démarrer à froid, en d’autres termes lorsque le moteur n’a pas encore atteint sa température nominale de fonctionnement.

Un calculateur embarqué 5 pilote le démarreur 1 au moyen d’une ligne de commande à relais 3 , connue par ailleurs en soi, notamment lorsqu’un utilisateur du véhicule met en route le moteur à combustion interne localement au moyen d’un bouton, d’une clé ou à distance au moyen d’un appareil de télécommunication.

Le système illustré sur la figure 1 comprend aussi un alternodémarreur 2, relié sur l’une de ses bornes à la masse du véhicule, et sur l’autre de ses bornes à la batterie 6, de manière à rendre apte l’alternodémarreur 2 à procurer un deuxième couple. L’alternodémarreur est par exemple de type à courroie. De manière connue en soi par ailleurs, G alternodémarreur 2 possède alors une extrémité de rotor en liaison permanente avec le moteur à combustion interne, non excité pour tourner en roue libre à une vitesse proportionnelle à celle du moteur, excité au stator pour fournir via le rotor le deuxième couple au moteur à combustion interne, excité au rotor pour transmettre via le stator à la batterie 6 une énergie prélevée sur le moteur à combustion interne après son démarrage si besoin. Le deuxième couple est généralement prévu pour entraîner le moteur à combustion interne en rotation de manière à le redémarrer à chaud, en d’autres termes lorsque le moteur a déjà atteint sa température nominale de fonctionnement, par exemple à la suite d’un arrêt momentané à un carrefour ou dans un bouchon.

Le calculateur embarqué 5 pilote G alternodémarreur 2 au moyen d’une ligne de commande 4 de type réseau embarqué, CAN, LIN ou Ethernet automobile, connu par ailleurs en soi, notamment pour envoyer à l’alernodémarreur 2 une consigne d’excitation en fonction d’un mode d’arrêt ou de roulage déterminé par un autre calculateur ou par un autre module du calculateur embarqué 5.

Le calculateur embarqué 5 héberge, ou accède en mémoire à, un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui permettent de mettre en œuvre le procédé de démarrage exposé ci-dessous lorsque le calculateur embarqué 5 exécute en temps réel ledit programme d’ordinateur. Le procédé de démarrage à froid d’un moteur à combustion interne illustré par la figure 2 à partir d’une étape de début de séquence 100 qui référence la séquence d’instructions du procédé parmi d’autres au sein du calculateur 5 , comprend une étape 101 de veille qui teste un signal de demande de démarrage à froid de la part de l’utilisateur de façon à reboucler sur elle-même en absence de demande de démarrage à froid (réponse négative au test) et qui aiguille le procédé vers une étape 103 en cas de réponse positive validant une demande de démarrage à froid.

L’étape 103 consiste à activer le démarreur 1 de manière à procurer le premier couple à appliquer au moteur à combustion interne.

Une étape 106 consiste à activer l’alternodémarreur 2 pour procurer le deuxième couple de manière à l’ajouter au premier couple. Ainsi la somme des deux couples est utilisée pour démarrer le moteur à combustion interne.

Si le véhicule est dans des conditions favorables à permettre un démarrage du moteur à combustion interne avec une application du seul premier couple, le deuxième couple procuré par l’alternodémarreur 2 soulage alors simplement le démarreur 1 en permettant un démarrage plus rapide du moteur à combustion interne.

Si le véhicule est dans des conditions défavorables à permettre un démarrage du moteur à combustion interne avec une application du seul premier couple, par exemple par grand froid ou lubrification insuffisante du moteur, le deuxième couple procuré par l’alternodémarreur 2 vient alors compléter le premier couple procuré par le démarreur 1 .

Ainsi il n’est plus nécessaire de dimensionner le démarreur 1 pour un démarrage à lui seul du moteur à combustion interne, quelques soient les conditions de température et de pression d’huile de lubrification. Il devient possible de sous dimensionner le démarreur 1 par rapport à un usage ne bénéficiant pas du procédé, pour démarrer le moteur à combustion interne, par exemple en cas de basse température extérieure. Il suffit simplement de dimensionner le démarreur 1 pour procurer un premier couple qui, ajouté au deuxième couple procuré par l’alternodémarreur, permet de démarrer le moteur à combustion interne quelques soient les conditions dans lesquelles peut se trouver le véhicule, pour lesquelles on prévoit habituellement le démarreur.

Il devient ainsi possible d’utiliser le même démarreur 1 pour des véhicules lourds ou à moteur diesel que pour des véhicules légers ou à moteur essence pour lesquels le premier couple suffit à lui seul au démarrage du moteur. On peut faire alors des économies d’échelle en termes d’approvisionnement.

Une étape 102 exécutée simultanément ou juste avant l’étape 103 consiste à initialiser un critère assurant de ne pas activer l’alternodémarreur 2 en étape 106 avant d’activer le démarreur 1 en étape 103 , ou en d’autres termes assurant d’exécuter l’étape 103 avant, ou au plus tard simultanément à, l’étape 106 de manière déterministe, indépendamment de conditions extérieures au système.

Par exemple, en cas de démarreur 1 de type à engrenages, on évite que l’alternodémarreur 2 ne commence à tenter de faire tourner le moteur à combustion interne avant l’engrainement du pignon du démarreur 1 .

Par exemple, en cas d’alternodémarreur de type à courroie, on évite d’amorcer un patinage de courroie résultant du deuxième couple qui ne suffirait pas à démarrer le moteur à combustion interne resté antérieurement trop longtemps à l’arrêt.

Différents critères peuvent être utilisés, seuls ou en combinaison. Par exemple le critère comporte une temporisation positionnée en étape 102 d’initialisation à une valeur suffisamment élevée pour surmonter les retards de communication et d’établissement des courants, et suffisamment basse pour ne pas bloquer trop longtemps à l’arrêt le démarreur 1 avec risque d’en griller les enroulements. Une valeur de l’ordre de 10 ms donne un bon ordre de grandeur d’une valeur de temporisation satisfaisante.

Une étape 104 exécutée à la suite de l’étape 103 d’activation du démarreur, consiste à déclencher l’étape 106 d’activation de l’alternodémarreur si ladite temporisation atteint sa période d’expiration identifiable par une valeur nulle, et à déclencher une étape 105 de décrémentation de la temporisation si la temporisation est à une valeur non nulle. L’étape 105 reboucle sur l’étape 104 pour une nouvelle vérification de la valeur décrémentée de la temporisation. La décrémentation peut correspondre à une portion de la valeur initiale et dans ce cas plusieurs passages dans les étapes 104 et 105 auront lieu avant de déclencher l’étape 106. La décrémentation peut aussi correspondre à la valeur initiale, par exemple de 10 ms pour un temps de cycle d’exécution du programme de 10 ms, et dans ce cas un seul passage dans l’étape 105 aura lieu avant de déclencher l’étape 106.

Dans ce dernier cas, une variable binaire mise à 1 en étape 102 et mise à zéro en étape 105 , procure le même effet.

De préférence, on peut définir un autre critère qui comporte un niveau de tension d’alimentation du démarreur préalablement mesuré en étape 102 d’initialisation, c’est-à-dire avant que le couplage du démarreur 1 sur la batterie 6 n’en fasse chuter la tension en raison du courant consommé par le démarreur.

L’étape 104 exécutée à la suite de l’étape 103 d’activation du démarreur, consiste alors à déclencher l’étape 106 d’activation de l’alternodémarreur si une différence entre le niveau de tension 7 mesurable postérieurement à l’activation du démarreur 1 , et le niveau de tension 7 préalablement mesuré en étape 102, est supérieure en valeur absolue à un seuil représentatif d’une chute de tension minimale lors de l’activation effective du démarreur 1 . L’étape 104 déclenche une étape 105 de mesure postérieure du niveau de tension, si une différence entre le niveau de tension mesuré et le niveau de tension préalablement mesuré est inférieur en valeur absolue au seuil de chute de tension. Ce critère apparaît plus robuste que le précédent car il est basé sur une consommation effective de courant du démarreur 1 pour procurer le premier couple.

Il est vrai qu’on pourrait envisager de mesurer directement le courant d’appel sur le démarreur, cependant ceci nécessiterait de mettre un capteur de courant sur le démarreur avec pour inconvénient d’engendrer des coûts supplémentaires liés au pris du capteur et à son câblage entre le démarreur et le calculateur. Il est vrai aussi que pour simplifier le câblage, on pourrait envisager de mesurer le courant consommé sur la batterie, cependant le courant consommé sur la batterie présente l’inconvénient de varier en fonction de divers états de marche d’autres consommateurs.

La mesure de la tension électrique 7 aux bornes de la batterie en étape 102 avant d’exécuter l’étape 103 , a pour avantage de tenir compte intrinsèquement de l’état de consommation général du réseau électrique et de l’état lui-même de la batterie 6 juste avant d’activer le démarreur. La chute de tension mesurée de la batterie est alors représentative de celle provoquée par l’appel de courant sur le démarreur, indépendamment de l’état d’autres consommateurs de courant et de l’état lui-même de la batterie. De plus la mesure de tension 7 n’est pas réservée à la seule séquence de démarrage du moteur thermique, elle est utilisable aussi pour contrôler le niveau de charge (SOC) le niveau de santé (SOH) de la batterie 6.

Il est possible aussi de combiner plusieurs des critères ci-dessus décrits, ou d’autres, dans chacune des étapes 102, 104 et 105 pour mieux sécuriser r enchaînement des étapes 103 et 106.

A la suite de l’étape 106, une étape 107 vérifie si le moteur à combustion interne a démarré. En cas de réponse positive, l’étape 107 déclenche une étape 109 de désactivation simultanée du démarreur et de l’alternodémarreur. En cas de réponse négative, l’étape 107 déclenche une étape 108 de vérification d’une durée maximale atteinte pour éviter d’alimenter trop longtemps en courant le démarreur et l’alternodémarreur sans pouvoir démarrer le moteur à combustion interne. En cas de réponse positive, l’étape 108 déclenche directement l’étape 109 de désactivation simultanée du démarreur et de l’alternodémarreur. En cas de réponse négative, l’étape 108 reboucle sur l’étape 107.

Ainsi il est possible d’alléger le véhicule automobile en l’équipant avec le système de démarrage à froid qui met en œuvre le procédé ci-dessus exposé, tant en termes de coût de fabrication que de poids et par conséquent de consommation énergétique.

La figure 3 montre un agencement différent de celui de la figure 1 auquel le procédé décrit ci-dessus reste applicable.

Comme sur la figure 1 , le démarreur 1 est alimenté par la batterie 6 et commandé par le calculateur 5. Différemment de la figure 1 , l’alternodémarreur 2 est maintenant alimenté par une batterie 8 différente de la batterie 6.

La batterie 8 peut être de tension identique à celle de la batterie 6, par exemple 12 Y, ou de tension différente, par exemple 48 V. Ainsi, l’alternodémarreur 8 n’est pas impacté par la chute de tension de la batterie 6 provoquée par l’activation du démarreur 1 .

La batterie 8 et l’alternodémarreur 2 peuvent être totalement déconnectés de la batterie 6 et du démarreur 1 .

La batterie 8 peut aussi être connectable à la batterie 6 via un convertisseur 10 de courant continu, par exemple de type DCDC. On peut alors prévoir une commande 9 exécutée par le calculateur 5 en étape 102 et/ou en étape 103 pour faire circuler un courant de valeur contrôlée de la batterie 8 vers la batterie 6, par exemple lorsque la tension mesurée en étape 102 est jugée insuffisante pour activer le démarreur de manière satisfaisante. Le courant généré par le convertisseur 10 vient alors s’ajouter au courant débité par la batterie 6 pour alimenter le démarreur 1 .