WO2016156699A1 - Procede de demarrage automatique d'un moteur a combustion interne a allumage commande - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method of automatic starting of an internal combustion engine in a motor vehicle, in order to reduce the fuel consumption during the start-up phases.
- the "Stop and Start” function allows the stopping and restarting of the engine of a vehicle according to predefined strategies, for example in case of prolonged stopping of the vehicle or when receiving a command from starting, following the automatic shutdown of the engine.
- a function makes it possible to reduce fuel consumption in an urban environment. This function is particularly found in motor vehicles
- the powertrain comprises a heat engine, as well as an automatic start and stop function, which can be performed by an electric machine, such as a starter (possibly reinforced compared to conventional starters), or an alternator -starter ;
- the powertrain is equipped with an electric machine that performs better than "micro-hybrid" systems.
- the electric machine participates in the movement of the vehicle by providing an additional mechanical power to that of the heat engine during the acceleration phases, and allows, moreover, the recovery of energy kinetics of the vehicle (via transformation into electrical energy and storage in batteries) during deceleration and braking phases;
- “Full-hybrid” In these vehicles, the powertrain is equipped with an electric machine that performs better than “mild-hybrid” systems. In particular, the use of higher power and energy batteries allows driving in pure electric mode, generally from 1 to 20 km, the heat engine then being cut during this phase;
- full hybrid plug-in These vehicles include, compared to full-hybrid vehicles, a battery of higher capacity, allow to store / release more power and electrical energy and propose, moreover, a connection to the electric network to recharge the battery between two rollings. It thus becomes possible, in pure electric mode, to travel distances ranging from 15 to 50 km and to reach a speed of 130 km / h.
- micro-hybrid motor vehicles have, compared to vehicles with unhybridized powertrains, fuel consumption gains of up to 15 to 20% in urban traffic.
- the automatic start and stop functions of these vehicles have penalties in terms of electricity consumption, fuel, and emission of pollutants at each restart of the engine.
- an approval cycle such as the European ECE-EUDC driving cycle
- the mass of fuel consumed during the restart phase by the automatic start and stop function currently represents 1% of the fuel consumption. total mass of fuel consumed over the entire cycle.
- restarting quality such as the time to reach the stabilized engine idling speed, the values of the exceeded engine idle speed (so-called “over shoot” values), the total duration of (re) start, as well as the resulting acoustic and vibratory levels.
- a first object is to meet all the aforementioned drawbacks.
- a second object is to propose a strategy optimizing the start or restart of a petrol engine with or without an automatic start and stop function, and this for any type of vehicle, hybrid or not.
- a third object is to reduce fuel consumption during the startup or restart phases.
- a fourth object is to improve the acoustic and vibration behavior of the powertrain.
- a method for automatically starting a spark ignition internal combustion engine for a motor vehicle the engine being coupled to an electric machine capable of allowing its driving, the motor being connected at the input to an intake distributor and at the outlet to an exhaust manifold, an air actuator being arranged upstream of the intake distributor, in particular so as to regulate the flow of air through that - ci, this method comprising steps of:
- this method further comprises the steps of:
- the fuel mass is injected for a duration, this duration being controlled so as to:
- the fuel mass is injected at a constant value from the start of its injection to the occurrence of a first combustion in a cylinder of the engine.
- the mass of fuel injected is preferably injected at a constant value until the occurrence of the first combustion and then varies throughout the start-up phase, until the regulation phase idle speed of the engine, where the injected fuel mass converges gradually and quickly to another value.
- the opening section value of the air actuator is progressively controlled to a second opening section value smaller than the first opening section value; the injected fuel mass is gradually increased until reaching a maximum value.
- the mass of fuel is controlled so as to progressively converge towards a lower value, this lower value corresponding to the mass of fuel injected during the idle speed of the engine.
- the opening section value of the air actuator is progressively controlled to a third opening section value smaller than the second opening section value
- the value of the ignition advance is progressively controlled from its maximum value to a second value less than the maximum value.
- this process comprises
- a computer fitted to a motor vehicle configured to apply the automatic starting method of an engine summarized above.
- FIG. 1 illustrates a motor vehicle comprising a motor and a computer programmed to regulate operating parameters of an engine according to various embodiments
- FIG. 2 illustrates the regulation of an opening value of the air actuator of an intake distributor of an engine according to various embodiments
- FIG. 3 illustrates the regulation of operating parameters of an engine according to various embodiments.
- FIG. 1 a vehicle 100 automobile comprising a spark ignition internal combustion engine 1 (designation referring to the combustion that characterizes it) or more commonly called engine 1 gasoline.
- the engine 1 comprises at least one cylinder defining a combustion chamber, which is associated in an upper portion, an ignition device, such as a spark plug, to produce the spark necessary for the combustion of an air / fuel mixture .
- the cylinder is on the one hand associated with an intake valve which controls an intake of air or air / fuel mixture inside the combustion chamber, and on the other hand, with an exhaust valve which controls the evacuation, out of the combustion chamber, of exhaust gases resulting from the combustion of the air / fuel mixture.
- Each cylinder of the engine 1 is connected to the intake manifold and the exhaust manifold, respectively via an intake manifold and an exhaust manifold, allowing the admission of air or of the air / fuel mixture and the exhaust of the combustion gases through each cylinder.
- the exhaust manifold is, for its part, connected to a catalyst for which there are arranged upstream and downstream probes for determining the flow of air through and the mass of oxygen present in the latter.
- the fuel mass is injected by injectors into the intake manifolds, while in the case of a direct injection the fuel mass is directly injected into each cylinder.
- an air actuator such as a motorized throttle valve, is arranged upstream of the intake distributor of the engine 1 so as to regulate the flow of air through it, and therefore the mass of circulating air to the different cylinders of the engine 1.
- the engine 1 spark ignition is controlled by a computer 2 (also called engine control), the computer 2 being programmed to best meet the will of the driver, retransmitted including via an accelerator pedal.
- the computer 2 receives various information, and in particular that from a sensor positioned on the accelerator pedal, this information allowing it to control in particular the operating speed of the engine 1.
- the spark ignition engine 1 operates in a four-stroke cycle defined in the following order: an intake, a compression at the end of which take place the ignition and combustion of the air / fuel mixture, a relaxation and a exhaust.
- the work produced by the spark ignition engine 1 comes from the combustion, initiated by the ignition device of the air / fuel mixture compressed within the cylinder by an alternately moving piston, between an extreme high position and a low extreme position, relative to the cylinder, respectively called position High Dead Point (PMH) and position Dead Point Low (PMB).
- PMH position High Dead Point
- PMB position Dead Point Low
- the reciprocating movement of the piston allows the rotation of a crankshaft by means of a connecting rod connecting the piston to the crankshaft, the movement of the crankshaft being then transmitted to the wheels via different mechanisms.
- ignition advance corresponding to an angular difference (expressed for example in degrees), having for reference the crankshaft, between the moment of ignition and the ignition. moment of the passage of the piston to the top dead center (TDC) position, the top dead center position (TDC) of the piston corresponding to the reference position.
- the computer 2 is connected with different sensors that provide real-time data on the vehicle 100 automobile, and in particular on the engine 1.
- these data we find in particular:
- the speed N of the engine corresponds to the number of rotation performed by the engine 1, and more precisely by the crankshaft, per unit of time. It is generally expressed in rpm and is measured by a rotational speed sensor;
- the engine temperature it corresponds to the coolant temperature (for example a water / antifreeze mixture), or the temperature of the lubricating oil at the cylinder, or the temperature of the material of a sensitive component of the engine 1 (eg an area of the breech). It is generally measured by a temperature probe;
- the position of the accelerator it corresponds to the level of depression of the accelerator pedal, this depression being generally measured by a position sensor on the accelerator pedal;
- the pressure P in the intake manifold it corresponds to the pressure of the air in this element, the latter being measured by a sensor placed in the intake manifold;
- the air flow through the catalyst and the oxygen content in the catalyst are measured by the probes placed upstream and downstream of the catalyst, and allow the computer 2 to evaluate the mass of oxygen stored in the catalyst; catalyst.
- An electric machine is, moreover, coupled to the motor 1 to allow its drive and its rotation when receiving a start command or restart by the computer 2.
- a start command is, to As an example, generated when the ignition key is pressed or by pressing a start button.
- a restart command is, for example, generated when the brake pedal is released, when the accelerator pedal is depressed or when the clutch pedal is depressed, or when the lever position is changed. of gear change, following a stop of the vehicle 100 automobile.
- the electric machine is, for example, a starter or an alternator-starter. In the latter case, the electric machine supplies electrical energy to different electrical consumers of the automobile vehicle 100 (for example: pumps, compressors, sensors, actuators) once the start-up process has been finalized. All or part of these consumers can also be powered electrically by an external power source, independent of the alternator-starter, such as a high or low voltage electric battery.
- the computer 2 develops and controls control strategies of the engine 1, in particular via
- control signals controlling the injection for example: mass of fuel injected, duration of the injection
- control signals controlling the start-up or shutdown of the electric machine driving the engine 1 during start-up; generating control signals controlling each ignition device, for independently controlling the ignition of each cylinder, and therefore the ignition timing;
- control signals controlling the air actuator for example: motorized throttle valve
- the air actuator for example: motorized throttle valve
- FIG. 2 shows, by way of example, two diagrams a), b), each illustrating on the ordinate the evolution of the opening section S (also called passage section) of the air actuator. of the intake distributor, driven by the computer 2, as a function of the time t on the abscissa.
- Diagram a) illustrates the state of the art for the sake of understanding, while Diagram b) illustrates exemplary embodiments, having various advantages with respect to this state of the art.
- the computer 2 receives a start command, and then controls the driving of the motor 1 by the electric machine.
- the calculator 2 furthermore calculates, at this instant, an opening value / section for the air actuator, such as an effective passage section in degrees or in square millimeters, in order to regulate the flow of air entering towards the air actuator. intake distributor and the various cylinders of the engine 1.
- this value is a reference value S1 ', able to guarantee the success of a first combustion from the occurrence of a first cycle of combustion in a cylinder of the engine 1.
- the value S1 'referential is a value calculated in particular according to the thermal state of the engine 1 and the depression of the accelerator pedal, and can therefore vary depending on the engine. Likewise, depending on the temperature of the engine 1, and the nature of the fuel (for example: alcohol content in gasoline), the computer 2 determines a period T of application for this value S1 'referential. Generally, the calculation of the reference value S1 'by the calculator 2 is based on the information reported by the various sensors, mathematical models and / or prerecorded measurement tables, and takes into account for its calculation: the calculation of a opening value (arrow 21) of the air actuator (throttle passage section) to compensate for overall engine losses, for example friction;
- a reserve of torque generally takes into account, during its calculation, the torque taken by each electrical consumer, and a couple to ensure the takeoff of the vehicle 100 automobile;
- a value (arrow 24) of opening correction of the air actuator is determined by the computer 2 for injection parameters (ex : injection time / injection time, ignition advance value) and air circulation management (opening of the throttle valve, air volume in the intake manifold), these operating parameters of the engine 1 being fixed during an open loop phase by the computer 2.
- the open loop here corresponds to a period during the start of the vehicle 100, for which the parameters of injections and management of the air flow do not do not self-regulate between each other: the computer 2 sends setpoint values, and the results obtained via the application of these instructions do not affect the control strategy at the next time step.
- the computer 2 jointly takes into account the results obtained via the application of the different operating parameters of the engine 1, in order to compute at the time step following the values of these parameters; -
- a compensation value (arrow 25), commonly referred to as the "offset" anglicism, for opening the air actuator according to the thermal state of the engine 1.
- the reference value S1 ' is controlled by the computer 2, as the opening section of the air actuator during the predetermined period T .
- the period T is determined so as to cover the occurrence of a first combustion (not shown), as well as the instant ti where the motor 1 rotates autonomously, that is to say without training the electric machine, which is then cut.
- the value (arrow 25) of compensation ("offset") opening of the air actuator is then gradually reduced (arrow 26) to a second value S2, corresponding to a cancellation of this offset.
- the progressive reduction of the offset is determined by the computer 2 as a function of the thermal state of the engine 1.
- the opening section S of the air actuator is then kept constant at the second value S2, until at a predetermined time tii from which the transition from the open loop control of the injection parameters and the management of the air flow begins, to a closed-loop management of these parameters carried out from a moment predetermined tiii.
- the computer 2 progressively reduces the opening section of the air actuator to a third value S3 relating to an opening of the air actuator in steady-state idle speed.
- the parameters are then regulated in a closed loop by the computer 2 in order to converge towards the stabilized engine idling speed.
- the stabilized engine idling speed is, for example, determined by the computer 2 during startup as a function of the thermal engine 1, and the stopping time of the vehicle 100.
- the computer 2 calculates an idle N3 of idle speed, able to allow the establishment of the idle speed of the engine 1, by estimating the mass of oxygen present in the catalyst connected to the exhaust manifold at the output of the engine 1.
- Such an estimation by the computer 2 notably takes into account the calculation of the fuel injection duration during the start-up or restart phase.
- the computer 2 makes an estimate of the mass of oxygen, as soon as the probes placed upstream and downstream of the catalyst have operating conditions in accordance with preconfigured thresholds (for example: voltages, temperatures ).
- the oxygen mass is initially set to a default value, this value is then updated according to whether the engine is running or stopped.
- the mass of oxygen stored in the catalyst is calculated from the integral of the cylinder air flow converted by the computer 2 in mass of oxygen. This flow rate is then weighted by a multiplicative factor, calculated according to the state of the probes.
- a multiplicative factor calculated according to the state of the probes.
- the mass of oxygen stored in the catalyst is calculated from the last updated value in phase of rotating motor 1, weighted by a configurable offset value.
- the duration of fuel injection during the start-up or automatic restart phase (“Stop and Start” function) is then adjusted by the computer 2, via a factor calculated as a function of the estimated mass of oxygen in the catalyst, the N speed of the engine 1, its thermal state (for example: coolant temperature, lubricating oil, intake air), atmospheric pressure and the time spent at a standstill.
- the computer 2 calculates the value S1 'referential, and then imposes on the air actuator a first opening value S1, reduced compared to the value S1' referential.
- this first value S1 reduced opening is determined, in particular, depending on the depression of the accelerator pedal, the thermal state of the engine 1 (for example: coolant temperature), and the sampling torque of different consumers (for example: alternator, injection pump, air conditioning compressor).
- the first value S1 of reduced opening can be seen as a value (arrow 28) offset offset from the value (dashed arrow fine line) of the opening offset of the air actuator calculated for the reference value S1 '.
- the reference angle the opening angle of the air actuator
- the reference value S1 is reduced compared with the reference value S1 by a value between one and four degrees.
- the aerodynamics of the air are therefore temporarily degraded in the intake distributor and in the various cylinders.
- this accelerates the depression of the intake manifold.
- the first value S1 of reduced opening is then kept constant during preferentially the same period T determined for the state of the art of the diagram a). Alternatively, this period T can be reduced.
- a first specific change in the opening angle of the air actuator is carried out. during the next restart of the engine 1, according to the evolution of the engine speed.
- a second specific change in the opening angle of the air actuator is performed, at the next start of the engine 1, depending on the evolution of the engine speed.
- a negative offset is also added during the start-up phase, then progressively reduced to 0 when the engine runs autonomously (after obtaining a first combustion), in order to avoid any risk of stalling the engine 1.
- the computer 2 calculates an instant tiv, occurring during the predetermined period T, this instant corresponding to a predetermined number of High Dead Point PMH (or a predetermined number of engine times), for which a first combustion has not yet been performed with the first reduced opening value S1. For example, the computer 2 counts the number of High Engine Point for each cylinder of the engine 1 and compares this number with a predefined number (configurable). In order to guarantee this first combustion during the period T, the computer 2 then applies, from the instant tiv, an offset value (arrow 29), in order to bring the opening value of the air actuator the first opening value S1 reduced to the referential value S1.
- the computer 2 then decreases progressively (dashed slope 30) the opening of the air actuator from the value S1 'referential to the first value S1 of opening reduced, and if it is reached before the end of the predetermined period T, maintains it until the end of this period T.
- the various embodiments of the diagram b) then follow the same strategy driven by the computer 2 (common curve solid line from the end of the predetermined period T).
- the computer 2 progressively reduces (arrow 31) the opening section of the air actuator, from the first value S1, until reaching the second value S2. This progressive reduction is determined by the computer 2 as a function of the thermal state of the motor 1.
- the opening section S of the air actuator is then kept constant at the second value S2, until a predetermined time tii .
- tii 'then begins the transition of the open loop control of the operating parameters of the engine 1 (injection parameters and management of the air flow) to a closed-loop control of these parameters, effective from a predetermined time tiii '.
- the opening section S is then at the third value S3 relating to an opening of the air actuator in stabilized idle mode.
- the computer 2 progressively reduces (as a function of the temperature of the engine 1) the opening value of the air actuator from the second value S2 to the third value S3 relating to when the air actuator is opened in steady-state idling mode.
- the operating parameters of the engine 1 are then regulated in a closed loop by the computer 2: these parameters then converge to values ensuring the stabilized engine idling speed.
- a value (arrow 27) of residual opening of the air actuator with respect to the third value S3 at time tiii ' is still here, by way of example.
- the embodiments described in the diagram b) have several advantages over the state of the art.
- the moment tii ' is advanced with respect to the instant tii, so for the moment tiii 'with respect to the instant tiii.
- the embodiment shown in dashed lines is not limited to detecting and overcoming a simple late combustion beyond a predetermined number of High Motor Point.
- This number is indeed parameterizable and takes into account parameters such as the type of vehicle start-up 100 (eg automatic start via the "Stop and Start" function, key start, key restart), its altitude (for example: atmospheric pressure, pressure in the intake distributor), or the thermal state of the engine 1.
- the computer 2 is able to anticipate the fact that start will not occur either at a given number of High Motor Point, and preventfully raise this value to the value S1 'referential, to ensure a first combustion in a cylinder of the engine 1.
- the computer 2 does not wait so necessarily the occurrence of this determined number of High Dead Point (or engine time) in the cylinders of the engine 1.
- the calculator 2 little t anticipate the fact that at time ti, that is to say at the end of a predefined number of Top Dead Center (TDC), the application of the first value S1 will not make it possible to reach a first combustion.
- TDC Top Dead Center
- the computer 2 controls various operating parameters of the engine 1, such as the value of the ignition advance and the control parameters. injection (fuel mass injected, injection time). As will now be seen in FIG. 3, these parameters are notably regulated by the computer 2 as a function of the air pressure in the intake distributor (or in the combustion chambers), as well as the speed of the engine 1 .
- FIG. 3 there are seven diagrams showing one for the same abscissa scale, temporal evolutions of different operating parameters of the engine 1:
- diagram a illustrates in the ordinate the speed N of the motor 1 as a function of the time t on the abscissa, during a start-up (or restart) phase of the motor 1;
- the diagram c) shows on the ordinate the pressure P in the inlet distributor (or in the combustion chambers) as a function of the time t on the abscissa, during a start-up (or restart) phase of the engine 1;
- the diagram d) illustrates on the ordinate the section S of opening, also called passage section, of the air actuator (ex: butterfly) as a function of the time t on the abscissa during a starting phase (or restarting ) of the engine 1;
- the diagram e) shows on the ordinate the value of the ignition advance AA as a function of the time t on the abscissa, during a start-up (or restart) phase of the motor 1;
- the diagram f) shows on the ordinate the fuel injection duration D as a function of the time t on the abscissa, during a start-up (or restart) phase of the engine 1;
- the diagram g) shows on the ordinate the mass M of fuel injected as a function of time t on the abscissa, during a start-up (or restart) phase of the engine 1.
- the computer 2 receives a start command (or restart), and then controls the drive of the motor 1 by the electric machine.
- the start command is, for example, performed following a driver action taken into account by the computer 2: via the ignition key, by pressing a start button, a release of the brake pedal, a depression of the clutch pedal, a passage of the first gear, or a depression of the accelerator pedal.
- the engine speed N is then zero, the electric machine is turned on but does not work yet (binary state E at "0").
- the pressure P in the intake manifold is equal to a value of atmospheric pressure P0 outside the vehicle 100, the opening section S of the air actuator is at a value S0 of rest taken when the engine 1 is at the stop (here, in the open position as positive value) and the ignition advance AA is zero. At this time, the fuel injection has not yet started, the values of injection duration D as well as mass M of fuel injected are therefore zero.
- the electric machine is started, in starter mode, to drive the engine 1: its binary state E therefore passes to the value "1".
- the electrical machine rotates the engine 1 thermal, which sees its N speed increase.
- the setting in motion of the internal organs of the engine 1 (rotation of the crankshaft, distribution, translation of the pistons and the valves) then causes a depression of the air in the intake manifold: the pressure P of the air in the It begins to decrease.
- the air actuator adopts a position such that its opening section is at the first value S1, lower than the reference value S1 beforehand determined by the computer 2.
- the other operating parameters of the engine 1 remain, for their part, unchanged.
- the motor is still driven via the electric machine (starter mode), the N speed of the engine reaches then upward (that is to say from below) a first threshold N1 of known regime (preconfigured) of the computer 2.
- the computer 2 determines the achievement of the first threshold N1 by comparison with the current value of the speed N of the engine 1.
- the pressure P in the splitter Admission continues to decline.
- This pressure value P is, in addition, compared by the computer 2 with a first preset pressure threshold P1, known to it.
- this first pressure threshold P1 is here not yet reached downwards (that is to say from above). However, in another example, this first pressure threshold P1 can be reached before reaching the first threshold N1.
- the electric machine remains in operating state (binary state E at "1") in starter mode, and the speed N of the motor 1 therefore continues to increase.
- the other operating parameters of the engine 1 are controlled by the computer 2 so as to remain unchanged.
- the computer 2 ensures, in fact, to keep these parameters constant, as long as it does not detect that the thresholds N1 diet and P1 pressure are both reached.
- the electric machine drives at its maximum rotational speed the engine 1.
- the engine 1 thus reaches a second speed threshold N2, referring to the maximum speed of the electric machine according to the gear ratio reduction. rotation between the electric machine and the motor 1.
- the motor 1 under the drive of the electric machine, and in the absence of first combustion, therefore remains driven constantly to this second threshold N2.
- the pressure P in the intake manifold continues to decrease, but does not yet reach the first pressure threshold P1.
- the other operating parameters of the engine 1 are controlled by the computer 2 so as to remain unchanged.
- the pressure P in the intake manifold continues to decrease and reaches down the pressure threshold P1.
- the achievement of the first engine speed threshold N1 has already occurred (here at time t2), the electric machine is kept in operation in starter mode and the computer 2 then controls the injection of fuel: by direct or indirect injection via the intake manifolds according to the structure of the engine 1. More specifically, the computer 2 controls:
- the ignition advance AA from its zero initial value to a maximum value AA1.
- the computer 2 also maintains the passage section S (that is to say the opening) the air actuator at the first value S1. In one embodiment, if a first combustion is still not detected after a predetermined number of High Motor Point, the computer 2 controls the opening of the air actuator to the reference value S1, which it then progressively reduces towards the first value S1 as soon as the first combustion is completed (here at time t5).
- This embodiment is here illustrated in thick dashed lines on the diagram d) and was previously explained during the description of FIG. 2. It should be noted, moreover, that the instants are given here by way of purely illustrative example. : the thresholds N1 of regime and P1 of pressure in the intake distributor can indeed occur before or after one with respect to the other, or even at the same time and in this case the instants t2, t3, t4 are simultaneous .
- the ignition advance AA gradually reaches the value AA1 controlled at time t4, then is kept constant during this time interval by the computer 2; the duration D of injection is kept constant at a first value D1, the time that the ignition advance AA reaches the maximum value AA1: that is to say when the value of the ignition advance AA still transits between its initial null value and its maximum AA1 value.
- the injection time D is subsequently progressively decreased from the first value D1 to a second value D2, corresponding to the injection duration applied for the idling speed of the engine 1. This decrease in the injection duration D starts as soon as that the value of the ignition advance AA reaches its maximum value AA1 and takes place as the pressure P decreases within the intake distributor;
- the mass M of fuel is injected at a constant value M1, from the beginning of the injection until the occurrence of the first combustion in a cylinder of the engine 1, carried out at time t5.
- the speed N of the engine 1 passes upward the set point N3 of idle speed of the engine.
- the time of exceeding this set point N3 corresponds to the beginning of a phase of exceeding the engine idling speed, commonly known as the "over shoot" phase.
- the pressure P in the intake manifold continues to decrease, as well as the duration D of fuel injection, in connection with the evolution of the vacuum in the intake manifold. Also between t5 and t6
- the section S opening value of the air actuator is progressively controlled by the computer 2 to a second value S2 of opening section less than the first value S1 of opening section;
- the injected fuel mass M is progressively increased, as a consequence of the evolution of the preceding parameters, until a maximum value M2 is reached.
- the mass M of fuel injected is subsequently gradually decreased from the maximum value M2 to a lower value M3, this lower value M3 corresponding to the mass M of fuel injected during the idling speed of the engine 1.
- This mass decrease M injected fuel is controlled by the computer 2, as soon as the maximum value M2 is reached.
- the pressure P in the intake distributor reaches a second threshold P2 of pressure.
- this instant corresponds to the beginning of the transition of the operating parameters of the motor 1, from an open-loop control to a closed loop progressive control (see FIG. 2 previously described).
- the duration D of injection continues to decrease and the computer 2 orders progressively
- the value of the ignition advance AA from its maximum value AA1 to a second value AA2 lower than the maximum value AA1.
- This maximum value N5 (“over shoot” regime) is here reached at time t8.
- instants t7 and t8 via the application of the commands coming from the calculator 2
- the injection duration D reaches the second value D2, corresponding to the injection time applied for the idling speed of the engine 1, and is kept constant;
- the opening section S of the air actuator reaches the third value S3, corresponding to the opening of the air actuator applied during the engine idling speed, and is kept constant;
- the value of the ignition advance AA reaches the second value AA2; the mass M of fuel injected converges to the value M3, which is the mass of fuel consumed during the idling speed of the engine 1.
- the N speed of the heat engine passes down a set point N4.
- the set point N4 corresponds to the value of the idle speed reference N3 added to a predefined number of engine speeds (for example: 50 rpm) or multiplied by a predefined parameterizable factor (for example: 1.1).
- the achievement of this instruction N4 downwards corresponds to the end of the phase of "over shoot" of the engine 1. From this moment, then begins the control phase of the engine idling speed and the ignition advance AA is gradually controlled to a final value AA3 of setpoint.
- the computer 2 can, for example, detect the beginning of the regulation phase of the engine idling speed at the instant t9, by comparison between the engine speed N and the setpoint value N4 which is previously parameterized or estimated by the calculator 2.
- the engine speed N is stabilized at the set point N3, corresponding to the constant value of engine idle speed 1.
- the pressure P in the intake manifold has reached a stabilized value P3.
- the advance ignition has converged to the final value AA3 setpoint. All the other parameters are kept constant except for the mass M of injected fuel, which gradually decreases, as the heat transfer towards the walls of the combustion chamber decreases under the effect of the temperature rise of the walls, of the coolant and the engine lubricating oil 1.
- the starting phase of the thermal engine 1 is then completed.
- the convergence of the ignition advance AA to a final target value AA3 is effected from above, thanks to a reduced opening of the air actuator and to a depression Faster of the intake manifold, the pressure P in the intake manifold converging more rapidly to the value P3.
- This makes it possible to reach the closed-loop control regime of the operating parameters of the engine 1 more quickly. As a result, the mass of fuel consumed in the proposed embodiments is reduced.
- the previously described embodiments allow, during a start-up phase, to empty the air more rapidly. initially contained in the intake manifold and in the cylinder combustion chamber. From the moment of start of the starting operation, under the action of the electric machine, some pistons begin their descent phase in their corresponding cylinder, the air intake valves being open. The air pressure in the intake manifold therefore decreases more rapidly, and its minimum pressure value P3 (low point) is reached between at least 0.5 and 1 second faster. The quantity of fuel injected follows in parallel the same evolution. It thus becomes possible, during the start-up phase, to start reducing the quantity of fuel injected earlier, without degrading the engine speed overrun regime ("over shoot" regime).
- the closed-loop control of the injection and air flow management parameters is indeed anticipated, which makes it possible to lower the various engine speed thresholds, in particular the engine speed at which the transition to regulation occurs.
- closed-loop injection and airflow management parameters, as well as the "over shoot” regime by reducing, during the whole start-up or restart phase, the quantities of air and fuel allowed in the combustion chambers.
- the phase of exceeding the engine idle setpoint is thus also improved, via a decrease in the maximum amplitude of the engine rotational speed during this phase.
- the anticipation of the closed-loop regulation of the injection parameters and the management of the air circulation also makes it possible to optimize the control of the opening section S of the air actuator and of the advance to the ignition AA, which allows a further reduction in fuel consumption.
- the injected fuel reduction is variable according to the thermal engine 1 at the time of its start or restart, and is a function of the priming state of the various bodies of post-treatment of the polluting emissions of the engine.
- engine 1 such as the three-way catalyst, the nitrogen oxide traps, combined or not with the exhaust gas recirculation loop (EGR).
- EGR exhaust gas recirculation loop
- the computer 2 may decide to apply the previously described embodiments, only if one or more of the following conditions are met: the temperature of the engine 1 (for example: the temperature of its coolant) exceeds a preconfigured temperature set point, for example 30 to 40 ° C;
- all the pollution control members are primed, for example by evaluating the temperature of the exhaust gas or the temperature in the catalyst.
- the computer 2 differentiates the different types of startup or restart, such as automatic startups via the "Stop and Start” function or keyed starts, and takes into account the thermal of the engine 1 as well as its altitude, to control the various parameters of injection and management of the air circulation.
- startup or restart such as automatic startups via the "Stop and Start” function or keyed starts
- takes into account the thermal of the engine 1 as well as its altitude to control the various parameters of injection and management of the air circulation.
- the previously described embodiments are therefore applicable to any automobile vehicle 100 equipped with an electric machine for driving its engine 1 during a start, with or without the "Stop and Start" function.
- the previously described embodiments make it possible to save a fuel mass of between 0.7 and 1 g when applying an ECE-EUDC driving cycle (European driving cycle), and between 0.3 and 0.6g for the application of a WLTC driving cycle (acronym for "Wor / d Harmonized Light Vehicle Test Cycle").
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Abstract
Procédé de démarrage automatique d'un moteur à combustion interne, comprenant des étapes consistant - à commander la mise sous tension d'une machine électrique; - à imposer à un actionneur d'air une valeur (S1) de section d'ouverture inférieur e à une valeur (S1') référentielle; - à comparer le régime (N) du moteur avec un seuil (N1) de régime et comparer une pression (P) dans le répartiteur d'admission à un seuil (P1); - à commander l'injection d'une masse (M) de carburant et l'avance à l'allumage vers une valeur (AA1) maximale, lorsque le seuil de régime (N1) est franchi vers le haut par le régime (N) du moteur et que le seuil (P1) est franchi vers le bas par la pression (P) dans le répartiteur d'admission; - à couper la machine électrique dès l'occurrence d'une première combustion; - à réguler les paramètres de fonctionnement du moteur.
Description
PROCEDE DE DEMARRAGE AUTOMATIQUE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A ALLUMAGE COMMANDE
[0001] L'invention a trait à un procédé de démarrage automatique de moteur à combustion interne dans un véhicule automobile, en vue de diminuer la consommation en essence durant les phases de démarrage.
[0002] L'évolution des réglementations environnementales vers des niveaux d'émissions polluantes et de gaz à effet de serre de plus en plus bas, ainsi que la demande croissante des clients pour des véhicules automobiles présentant une consommation réduite en carburant, ont conduit au cours de ces dernières années, à l'électrif ication des groupes motopropulseurs. Ces groupes motopropulseurs peuvent être électrifiés selon différents niveaux. Ainsi, certains de ces groupes motopropulseurs sont hybrides et comportent une fonction de démarrage et d'arrêt automatiques, couramment désignée sous l'anglicisme « Stop and Start », du moteur à combustion interne, également désigné sous la dénomination « moteur thermique » dans ce document.
[0003] La fonction « Stop and Start » permet l'arrêt et le redémarrage du moteur thermique d'un véhicule en fonction de stratégies prédéfinies, par exemple en cas d'arrêt prolongé du véhicule ou lors de la réception d'une commande de démarrage, suite à la coupure automatique du moteur thermique. Avantageusement, une telle fonction permet une réduction de la consommation de carburant en milieu urbain. On retrouve notamment cette fonction dans les véhicules automobiles
- « micro-hybrid ». Dans ces véhicules, le groupe motopropulseur comprend un moteur thermique, ainsi qu'une fonction de démarrage et d'arrêt automatiques, pouvant être réalisée par une machine électrique, tel un démarreur (éventuellement renforcé par rapport aux démarreurs conventionnels), ou encore un alterno-démarreur ;
- « mild-hybrid ». Dans ces véhicules, le groupe motopropulseur est équipé d'une machine électrique présentant des performances supérieures à celle des systèmes « micro-hybrid ». Ainsi, en plus de la fonction d'arrêt et de démarrage automatiques, la machine électrique participe au déplacement du véhicule en fournissant une puissance mécanique additionnelle à celle du moteur thermique lors des phases d'accélération, et permet, par ailleurs, la récupération de l'énergie
cinétique du véhicule (via une transformation en énergie électrique puis un stockage dans des batteries) lors des phases de décélération et de freinage ;
« full-hybrid ». Dans ces véhicules, le groupe motopropulseur est équipé d'une machine électrique présentant des performances supérieures à celle des systèmes « mild-hybrid ». Notamment, l'utilisation de batteries de puissance et d'énergie plus élevées permet des roulages en mode électrique pur, généralement de 1 à 20 km, le moteur thermique étant alors coupé durant cette phase ;
- « full hybrid plug-in ». Ces véhicules comprennent, par rapport aux véhicules « full-hybrid » une batterie de capacité supérieure, permettent de stocker/libérer plus de puissance et d'énergie électrique et proposent, par ailleurs, un raccordement au réseau électrique afin de recharger la batterie entre deux roulages. Il devient ainsi possible, en mode électrique pur, de parcourir des distances allant de 15 à 50 km et d'atteindre une vitesse de 130 km/h.
[0004] Actuellement, les véhicules automobiles « micro-hybrid » , présentent par rapport aux véhicules munis de groupes motopropulseurs non-hybridés, des gains de consommation en carburant pouvant atteindre entre 15 et 20% en circulation urbaine.
[0005] Cependant, les fonctions de démarrage et d'arrêt automatiques de ces véhicules, présentent des pénalités en consommation électrique, en carburant, ainsi qu'en émission de polluants à chaque redémarrage du moteur. Ainsi, durant l'application d'un cycle d'homologation, tel le cycle européen de conduite ECE-EUDC, la masse de carburant consommée en phase de redémarrage par la fonction de démarrage et d'arrêt automatiques, représente couramment 1% de la masse totale de carburant consommée sur l'ensemble de ce cycle.
[0006] Ceci justifie la mise en place de stratégies visant à optimiser les conditions
d'arrêt automatique du moteur thermique, en assurant par exemple : une combustion stable, des niveaux acoustiques et vibratoires maîtrisés, des éléments de dépollutions amorcés, un temps d'arrêt du véhicule suffisamment long ;
- des phases de démarrage ou de redémarrage du moteur thermique après son arrêt, en contrôlant par exemple :
o la consommation en carburant et les émissions polluantes via les différents organes et paramètres accessibles pour la boucle d'air et pour la combustion ;
o la qualité de redémarrage, tel le temps pour atteindre le régime de ralenti moteur stabilisé, les valeurs de dépassement du régime de ralenti moteur stabilisé (valeurs dites d'« over shoot »), la durée totale de (re)démarrage, ainsi que les niveaux acoustiques et vibratoires résultants.
[0007] Un exemple de stratégie d'optimisation d'une fonction de démarrage, est décrit dans le document FR2797473. Ce document propose un procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, consistant, lors d'un d'ordre de démarrage moteur, à commander le démarrage d'une machine électrique, et imposer à l'organe de réglage de débit d'air du répartiteur d'admission, ainsi qu'à l'avance d'allumage, des positions minimales. Lorsqu'un seuil de régime de la machine électrique est franchi par le haut, et qu'un seuil de pression dans le répartiteur d'admission est franchi par le bas, du carburant est alors injecté. La machine électrique est par la suite coupée, et les paramètres de fonctionnement du moteur sont régulés pour établir son régime ralenti, l'avance est notamment augmentée lorsque le moteur entre dans une phase de régulation de ralenti.
[0008] Une telle stratégie demeure cependant perfectible en de nombreux points. Il s'avère notamment nécessaire, compte-tenu des réglementations actuelles, de pouvoir encore diminuer la consommation en carburant, les émissions polluantes, ainsi qu'améliorer le comportement acoustique et vibratoire du groupe motopropulseur. Il serait, par ailleurs, particulièrement avantageux, après réception d'une commande démarrage, de pouvoir atteindre plus rapidement le régime de ralenti moteur stabilisé, et ainsi permettre un démarrage plus rapide du véhicule.
[0009] Un premier objet est de répondre à l'ensemble des inconvénients précités.
[0010] Un deuxième objet est de proposer une stratégie optimisant le démarrage ou le redémarrage d'une motorisation essence équipée ou non d'une fonction de démarrage et d'arrêt automatiques, et ce pour tout type de véhicule, hybride ou non.
[0011] Un troisième objet est de diminuer la consommation en carburant durant les phases de démarrage ou redémarrage.
[0012] Un quatrième objet est d'améliorer le comportement acoustique et vibratoire du groupe motopropulseur.
[0013] A cet effet, il est proposé, selon un premier aspect, un procédé de démarrage automatique d'un moteur à combustion interne à allumage commandé pour véhicule automobile, le moteur étant couplé à une machine électrique apte à permettre son entraînement, le moteur étant connecté en entrée à un répartiteur d'admission et en sortie à un collecteur d'échappement, un actionneur d'air étant disposé en amont du répartiteur d'admission, notamment de sorte à réguler le débit d'air au travers de celui- ci, ce procédé comprenant des étapes consistant :
lors de la réception d'une commande démarrage, à commander la mise sous tension de la machine électrique, notamment de sorte à débuter l'entraînement du moteur ;
lorsque la mise en entraînement du moteur débute, à imposer à l'actionneur d'air une première valeur de section d'ouverture, inférieure à une valeur référentielle, cette valeur référentielle étant calculée en fonction de l'état thermique du moteur et étant notamment apte à garantir la réussite d'une première combustion dès l'occurrence d'un premier cycle de combustion dans un cylindre du moteur ;
- à comparer le régime du moteur avec un premier seuil de régime, et comparer la pression dans le répartiteur d'admission à un premier seuil de pression ;
à commander l'injection d'une masse de carburant dans le moteur et à commander l'avance à l'allumage depuis une valeur initiale nulle vers une valeur maximale, lorsque le premier seuil de régime est franchi vers le haut par le régime du moteur et que le premier seuil de pression est franchi vers le bas par la pression dans le répartiteur d'admission ;
à couper la machine électrique, suite à l'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur ;
- à réguler ensuite les paramètres de fonctionnement du moteur pour converger vers une consigne de régime ralenti, notamment apte à permettre l'établissement du régime de ralenti du moteur.
[0014] On comprend au sens de l'invention par « commander l'avance à l'allumage depuis une valeur initiale nulle vers une valeur maximale » le fait qu'on commande l'avance à l'allumage d'abord à une valeur initiale nulle puis, progressivement, vers une valeur maximale.
[0015] Avantageusement, ce procédé, comprend en outre des étapes consistant :
à compter le nombre de Point Moteur Haut pour chaque cylindre du moteur et comparer ce nombre avec un nombre prédéfini ;
- lorsque le nombre de Point Moteur Haut compté atteint le nombre prédéfini et en l'absence d'une première combustion, à imposer à l'actionneur d'air la valeur référentielle pour section d'ouverture, de sorte à réaliser une première combustion dans un cylindre du moteur, puis à commander une diminution progressive de cette valeur référentielle de section d'ouverture vers la première valeur de section d'ouverture.
[0016] Avantageusement, dans ce procédé, la masse de carburant est injectée durant une durée, cette durée étant commandée de sorte à :
être maintenue constante à une première valeur lorsque la valeur de l'avance à l'allumage est commandée entre sa valeur nulle initiale et sa valeur maximale ;
être diminuée progressivement depuis la première valeur vers une deuxième valeur correspondant à la durée d'injection appliquée pour le régime de ralenti du moteur, dès que la valeur de l'avance à l'allumage a atteint sa valeur maximale.
[0017] Avantageusement, dans ce procédé, la masse de carburant est injectée à une valeur constante du début de son injection à l'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur. Comme détaillé ultérieurement à l'aide des figures, la masse de carburant injectée est de préférence injectée à un valeur constante jusqu'à l'occurrence de la première combustion puis elle varie pendant toute la phase de démarrage, jusqu'à la phase de régulation de régime de ralenti du moteur thermique, où la masse de carburant injectée converge progressivement et rapidement vrs une autre valeur.
[0018] Avantageusement, dans ce procédé, entre un instant d'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur et un instant de franchissement vers le haut de la consigne de régime ralenti par le régime du moteur
la valeur de section d'ouverture de l'actionneur d'air est progressivement commandée vers une deuxième valeur de section d'ouverture inférieure à la première valeur de section d'ouverture ;
la masse de carburant injectée est progressivement augmentée jusqu'à atteindre une valeur maximale.
[0019] Avantageusement, dans ce procédé, dès l'atteinte de la valeur maximale de masse de carburant, la masse de carburant est commandée de sorte à converger progressivement vers une valeur inférieure, cette valeur inférieure correspondant à la masse de carburant injectée lors du régime de ralenti du moteur.
[0020] Avantageusement, dans ce procédé, lorsqu'un deuxième seuil de pression, inférieur au premier seuil de pression est franchi vers le bas par la pression dans le répartiteur d'admission,
la valeur de section d'ouverture de l'actionneur d'air est commandée progressivement vers une troisième valeur de section d'ouverture inférieure à la deuxième valeur de section d'ouverture ;
la valeur de l'avance à l'allumage est commandée progressivement de sa valeur maximale vers une deuxième valeur inférieure à la valeur maximale.
[0021] Avantageusement, ce procédé comprend
une détection d'une phase de régulation du régime de ralenti du moteur par comparaison du régime du moteur avec une valeur de consigne franchie vers le bas ;
la commande progressive de l'avance à l'allumage vers une valeur finale, inférieure à la deuxième valeur, dès détection de l'occurrence de la phase de régulation du régime de ralenti du moteur.
[0022] Il est proposé, selon un deuxième aspect, un calculateur équipant un véhicule automobile, configuré pour appliquer le procédé de démarrage automatique d'un moteur résumé ci-dessus.
[0023] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description de modes de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 illustre un véhicule automobile comprenant un moteur et un calculateur programmé pour réguler des paramètres de fonctionnement d'un moteur selon divers modes de réalisation ;
la figure 2 illustre la régulation d'une valeur d'ouverture de l'actionneur d'air d'un répartiteur d'admission d'un moteur selon divers modes de réalisation ;
la figure 3 illustre la régulation de paramètres de fonctionnement d'un moteur selon divers modes de réalisation.
[0024] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 100 automobile comprenant un moteur 1 à combustion interne à allumage commandé (appellation faisant référence à la combustion qui le caractérise) ou plus couramment appelé moteur 1 essence. Le moteur 1 comprend au minimum un cylindre définissant une chambre de combustion, auquel est associé, dans une portion supérieure, un dispositif d'allumage, telle une bougie, permettant de produire l'étincelle nécessaire à la combustion d'un mélange air/carburant. Le cylindre est d'une part associé à une soupape d'admission qui contrôle une admission d'air ou du mélange air/carburant à l'intérieur de la chambre de combustion, et d'autre part, à une soupape d'échappement qui contrôle une évacuation, hors de la chambre de combustion, de gaz d'échappement issus de la combustion du mélange air/carburant.
[0025] Chaque cylindre du moteur 1 est connecté au répartiteur d'admission et au collecteur d'échappement, respectivement via l'intermédiaire d'une tubulure d'admission et une tubulure d'échappement, permettant l'admission de l'air ou du mélange air/carburant et l'échappement des gaz de combustion au travers de chaque cylindre. Le collecteur d'échappement est, à quant à lui, connecté à un catalyseur pour lequel sont disposées en amont et aval des sondes permettant de déterminer le débit d'air au travers ainsi que la masse d'oxygène présente au sein de ce dernier. Dans le cas d'une motorisation à injection indirecte, la masse de carburant est injectée par des injecteurs dans les tubulures d'admission, tandis que dans le cas d'une injection directe la masse carburant est directement injectée dans chaque cylindre. Par ailleurs, un actionneur d'air, tel un papillon motorisé, est disposé en amont du répartiteur d'admission du moteur 1 de sorte à réguler le débit d'air au travers de celui-ci, et donc la masse d'air circulant vers les différents cylindres du moteur 1.
[0026] Le moteur 1 à allumage commandé est piloté par un calculateur 2 (également appelé contrôle moteur), ce calculateur 2 étant programmé pour répondre au mieux à la volonté du conducteur, retransmise notamment via une pédale d'accélérateur. Ainsi, le calculateur 2 reçoit diverses informations, et notamment celle issue d'un capteur positionné sur la pédale d'accélérateur, cette information lui permettant de contrôler notamment le régime de fonctionnement du moteur 1.
[0027] Le moteur 1 à allumage commandé fonctionne selon un cycle de quatre temps défini dans l'ordre suivant : une admission, une compression au terme de laquelle ont lieu l'inflammation et la combustion du mélange air/carburant, une détente et un échappement.
[0028] Le travail produit par le moteur 1 à allumage commandé provient de la combustion, initiée par le dispositif d'allumage du mélange air/carburant compressé au sein du cylindre par un piston se déplaçant de façon alternative, entre une position extrême haute et une position extrême basse, par rapport au cylindre, respectivement appelées position Point Mort Haut (PMH) et position Point Mort Bas (PMB). Le mouvement alternatif du piston permet l'entraînement en rotation d'un vilebrequin par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston au vilebrequin, le mouvement du vilebrequin étant ensuite transmis aux roues par l'intermédiaire de différents mécanismes.
[0029] Lors d'un cycle moteur, l'allumage du mélange air/carburant, via le dispositif d'allumage, se produit en amont de la position PMH du piston à l'issue de la phase de compression. Afin de calibrer l'allumage, les motoristes définissent un paramètre appelé « avance à l'allumage » correspondant à un écart angulaire (exprimé par exemple en degré), ayant pour référentiel le vilebrequin, entre l'instant de l'allumage et l'instant du passage du piston en position point mort haut (PMH), la position point mort haut (PMH) du piston correspondant à la position de référence.
[0030] Avantageusement, le calculateur 2 est relié avec différents capteurs qui lui fournissent en temps réel des données sur le véhicule 100 automobile, et notamment sur le moteur 1. Parmi ces données, on trouve notamment :
le régime N du moteur: il correspond au nombre de rotation effectué par le moteur 1, et plus précisément par le vilebrequin, par unité de temps. Il est exprimé généralement en tour/minute et est mesuré par un capteur de vitesse de rotation ;
la température moteur : elle correspond à la température du liquide de refroidissement (par exemple un mélange eau/antigel), ou la température de l'huile de lubrification au niveau du cylindre, ou encore la température du matériau d'un constituant sensible du moteur 1 (ex : une zone de la culasse). Elle est mesurée généralement par une sonde de température ;
la position de l'accélérateur : elle correspond au niveau d'enfoncement de la pédale d'accélérateur, cet enfoncement étant généralement mesuré par un capteur de position sur la pédale d'accélérateur ;
la pression P dans le répartiteur d'admission : elle correspond à la pression de l'air dans cet organe, celle-ci étant mesurée par un capteur placé dans le répartiteur d'admission ;
le débit d'air à travers le catalyseur et le taux d'oxygène dans le catalyseur : ils sont mesurés par les sondes placées en amont et en aval du catalyseur, et permettent au calculateur 2 d'évaluer la masse d'oxygène stockée dans le catalyseur.
[0031] Une machine électrique est, par ailleurs, couplée au moteur 1 afin de permettre son entraînement et sa mise en rotation lors de la réception d'une commande de démarrage ou de redémarrage par le calculateur 2. Une commande de démarrage est, à titre d'exemple, générée lors de l'actionnement de la clef de contact ou par pression sur un bouton de démarrage. Une commande de redémarrage est, à titre d'exemple, générée lors du relâchement de la pédale de frein, de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur ou de la pédale d'embrayage, ou lors d'un changement de position du levier de changement de rapport de vitesse, suite à un arrêt du véhicule 100 automobile. La machine électrique est, à titre d'exemple, un démarreur ou un alterno-démarreur. Dans ce dernier cas, la machine électrique fournit de l'énergie électrique à différents consommateurs électriques du véhicule 100 automobile (par exemple : pompes, compresseurs, capteurs, actionneurs) une fois le processus de démarrage finalisé. L'ensemble ou une partie de ces consommateurs peuvent par ailleurs être alimentés électriquement par une source d'énergie externe, indépendante de l'alterno-démarreur, telle une batterie électrique haute ou basse tension.
[0032] Avantageusement, grâce aux retours d'informations des différents capteurs, le calculateur 2 élabore et contrôle des stratégies de commande du moteur 1, notamment via
la génération de signaux de commande pilotant l'injection (par exemple : masse de carburant injectée, durée de l'injection) ;
la génération de signaux de commande pilotant la mise en marche ou l'arrêt de la machine électrique entraînant le moteur 1 lors du démarrage ;
la génération de signaux de commande pilotant chaque dispositif d'allumage, permettant de contrôler indépendamment l'allumage de chaque cylindre, et par conséquent l'avance à l'allumage ;
la génération de signaux de commande pilotant l'actionneur d'air (par exemple : papillon motorisé) en amont du répartiteur d'admission, permettant ainsi la régulation de la pression d'air dans cet organe.
[0033] La figure 2 présente, à titre d'exemple, deux diagrammes a), b), illustrant chacun en ordonnée l'évolution de la section S d'ouverture (dite aussi section de passage) de l'actionneur d'air du répartiteur d'admission, pilotée par le calculateur 2, en fonction du temps t en abscisse. Le diagramme a) illustre l'état de l'art à des fins de compréhension, tandis que le diagramme b) illustre des exemples de modes de réalisation, présentant divers avantages vis-à-vis de cet état de l'art.
[0034] En référence au diagramme a), à un instant tO, le calculateur 2 réceptionne une commande de démarrage, et commande alors l'entraînement du moteur 1 par la machine électrique. Le calculateur 2 calcule par ailleurs, à cet instant, une valeur/section d'ouverture pour l'actionneur d'air, telle une section efficace de passage en degrés ou en millimètres carrés, afin de réguler le débit d'air entrant vers le répartiteur d'admission et les différents cylindres du moteur 1. Dans l'état de l'art, cette valeur est une valeur S1' référentielle, apte à garantir la réussite d'une première combustion dès l'occurrence d'un premier cycle de combustion dans un cylindre du moteur 1. La valeur S1' référentielle est une valeur calculée en fonction notamment de l'état thermique du moteur 1 et de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur, et peut donc varier en fonction des motorisations. De même, en fonction de la thermique du moteur 1, et de la nature du carburant (par exemple : taux d'alcool dans l'essence), le calculateur 2 détermine une période T d'application pour cette valeur S1' référentielle. Généralement, le calcul de la valeur S1' référentielle par le calculateur 2 est basé sur les informations remontées par les différents capteurs, des modèles mathématiques et/ou des tables de mesures préenregistrées, et prend en compte pour son calcul : le calcul d'une valeur (flèche 21) d'ouverture de l'actionneur d'air (section de passage du papillon) permettant de compenser les pertes globales moteur, par exemple les frottements ;
- le calcul d'une valeur (flèche 22) d'ouverture de l'actionneur d'air permettant de générer une réserve de couple. Une telle réserve de
couple, prend généralement en compte, lors de son calcul, le couple prélevé par chaque consommateur électrique, ainsi qu'un couple permettant d'assurer le décollage du véhicule 100 automobile ;
le calcul d'une valeur (flèche 23) d'ouverture de l'actionneur d'air permettant la réalisation du Couple Moyen Indiqué Haute Pression, couramment désigné sous l'acronyme CMI HP, celui-ci étant fonction du régime N du moteur 1 et de la position de la pédale d'accélération ;
le calcul d'une valeur (flèche 24) de correction d'ouverture de l'actionneur d'air, en fonction de l'état thermique du moteur 1. Cette valeur est déterminée par le calculateur 2 pour des paramètres d'injections (ex : durée/instant d'injection, valeur d'avance à l'allumage) et de gestion de la circulation de l'air (ouverture du papillon, volume d'air dans le répartiteur d'admission), ces paramètres de fonctionnement du moteur 1 étant fixés lors d'une phase en boucle ouverte par la calculateur 2. La boucle ouverte correspond, ici, à une période durant le démarrage du véhicule 100, pour laquelle les paramètres d'injections et de gestion de la circulation d'air ne s'autorégulent pas entre eux : le calculateur 2 envoie des valeurs de consignes, et les résultats obtenus via l'application de ces consignes, n'influent pas sur la stratégie de commande au pas temporel suivant.
Par opposition, lors d'une phase ultérieure en boucle fermée, le calculateur 2 prend conjointement en compte les résultats obtenus via l'application des différents paramètres de fonctionnement du moteur 1, pour calculer au pas temporel suivant les valeurs de ces paramètres ; - le calcul d'une valeur (flèche 25) de compensation, désignée couramment sous l'anglicisme « offset », d'ouverture de l'actionneur d'air en fonction de l'état thermique du moteur 1.
[0035] Ainsi, sur le diagramme a) représentant l'état de l'art, la valeur S1' référentielle est commandée par le calculateur 2, en tant que section d'ouverture de l'actionneur d'air durant la période T prédéterminée. Avantageusement, la période T est déterminée de sorte à couvrir l'occurrence d'une première combustion (non représentée), ainsi que l'instant ti où le moteur 1 tourne de manière autonome, c'est-à-dire sans entrainement de la machine électrique, qui est alors coupée. A la fin de cette période T, la valeur (flèche 25) de compensation (« offset ») d'ouverture de l'actionneur d'air est alors progressivement réduite (flèche 26) jusqu'à une
deuxième valeur S2, correspondant à une annulation de cet offset. Couramment, la réduction progressive de l'offset est déterminée par le calculateur 2 en fonction de l'état thermique du moteur 1. La section S d'ouverture de l'actionneur d'air est ensuite maintenue constante à la deuxième valeur S2, jusqu'à un instant prédéterminé tii à partir duquel débute la transition de la commande en boucle ouverte des paramètres d'injection et de la gestion de la circulation d'air, vers une gestion en boucle fermée de ces paramètres réalisée à partir d'un instant prédéterminé tiii. Ainsi, entre les instants tii et tiii, le calculateur 2 réduit progressivement la section d'ouverture de l'actionneur d'air vers une troisième valeur S3 se rapportant à une ouverture de l'actionneur d'air en régime de ralenti stabilisé. A l'instant tiii, les paramètres sont alors régulés en boucle fermée par le calculateur 2 en vue de converger vers le régime de ralenti moteur stabilisé.
[0036] Le régime de ralenti moteur stabilisé est, à titre d'exemple, déterminé par le calculateur 2 lors du démarrage en fonction de la thermique du moteur 1, et du temps d'arrêt du véhicule 100. Ainsi, selon divers modes de réalisation, le calculateur 2 calcule une consigne N3 de régime ralenti, apte à permettre l'établissement du régime de ralenti du moteur 1, en estimant la masse d'oxygène présente dans le catalyseur connecté au collecteur d'échappement en sortie du moteur 1. Une telle estimation par le calculateur 2 prend notamment en compte le calcul de la durée d'injection de carburant en phase de démarrage ou de redémarrage. Par exemple, à chaque démarrage, le calculateur 2 réalise une estimation de la masse d'oxygène, dès que les sondes placées en amont et en aval du catalyseur présentent des conditions de fonctionnement en accord avec des seuils préconfigurés (par exemple : tensions, températures). La masse d'oxygène étant initialement fixée à une valeur par défaut, cette valeur est ensuite actualisée selon que le moteur est tournant ou arrêté. Dans le cas d'un moteur 1 tournant, la masse d'oxygène stockée dans le catalyseur est calculée à partir de l'intégrale du débit d'air cylindre converti par le calculateur 2 en masse d'oxygène. Ce débit est ensuite pondéré par un facteur multiplicatif, calculé en fonction de l'état des sondes. Avantageusement, ceci permet de repérer les différentes transitions de mélanges riche/pauvre ou pauvre/riche au niveau du catalyseur, pour en déduire l'évolution de la masse d'oxygène. En phase d'arrêt, la dernière
valeur de masse d'oxygène dans le catalyseur est stockée en mémoire. Ainsi, dans le cas d'un moteur à l'arrêt, la masse d'oxygène stockée dans le catalyseur est calculée à partir de la dernière valeur actualisée en phase de moteur 1 tournant, pondérée par une valeur d'offset configurable. La durée d'injection de carburant en phase de démarrage ou de redémarrage automatique (fonction « Stop and Start »), est alors ajustée par le calculateur 2, via un facteur calculé en fonction de la masse d'oxygène estimée dans le catalyseur, du régime N du moteur 1, de son état thermique (par exemple : température du liquide de refroidissement, d'huile de lubrification, de l'air d'admission), de la pression atmosphérique et du temps passé à l'arrêt.
[0037] On observe, par ailleurs, sur le diagramme a) de la figure 2, à l'instant tiii une valeur (flèche 27) d'ouverture résiduelle de l'actionneur d'air par rapport à la troisième valeur S3. L'amplitude de cette flèche 27 est ici donnée à titre d'exemple purement illustratif. Cette valeur résiduelle tend généralement vers zéro, et est calculée de sorte à anticiper la différence de comportement dynamique entre les paramètres d'injection et les paramètres de gestion de la circulation de l'air dans le moteur 1.
[0038] En référence maintenant, au diagramme b) de la figure 2, dans un premier mode de réalisation illustré en trait plein, à l'instant tO, lors de la réception d'une commande de démarrage, le calculateur 2 calcule la valeur S1' référentielle, et impose alors à l'actionneur d'air une première valeur S1 d'ouverture, réduite par rapport à la valeur S1' référentielle. Avantageusement, cette première valeur S1 d'ouverture réduite est déterminée, notamment, en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélération, de l'état thermique du moteur 1 (par exemple : température du liquide de refroidissement), et du prélèvement de couple des différents consommateurs (par exemple : alternateur, pompe d'injection, compresseur de climatisation). Ainsi, sur ce diagramme, la première valeur S1 d'ouverture réduite, peut être vue comme une valeur (flèche 28) d'offset diminuée par rapport à la valeur (flèche 25 pointillée en trait fin) d'offset d'ouverture de l'actionneur d'air calculé pour la valeur S1' référentielle.
[0039] A titre d'exemple, on réduit par rapport à la valeur S1' référentielle, l'angle d'ouverture de l'actionneur d'air, d'une valeur comprise entre un et quatre degrés. On dégrade donc temporairement l'aérodynamique de l'air dans le répartiteur d'admission et dans les différents cylindres.
Avantageusement, on accélère ainsi la mise en dépression du répartiteur d'admission. La première valeur S1 d'ouverture réduite est alors maintenue constante durant préférentiellement la même période T déterminée pour l'état de l'art du diagramme a). En alternative, cette période T peut être réduite.
[0040] Dans un mode de réalisation, lorsque le moteur thermique se trouve en phase d'arrêt automatique par la fonction « Stop and Start », une première évolution spécifique de l'angle d'ouverture de l'actionneur d'air est réalisée, lors du redémarrage suivant du moteur 1, en fonction de l'évolution du régime moteur. Lorsque le moteur thermique se trouve en phase d'arrêt par la clef de contact, une seconde évolution spécifique de l'angle d'ouverture de l'actionneur d'air est réalisée, lors du démarrage suivant du moteur 1, en fonction de l'évolution du régime moteur. Ainsi, dans ce mode de réalisation, ces évolutions de l'angle d'ouverture de l'actionneur d'air sont différentes selon les situations : redémarrage après une phase d'arrêt automatique et démarrage ou redémarrage par la clef de contact.
[0041] Dans un autre mode de réalisation, pour les véhicules 100 automobiles de type « flex-fuel », un offset négatif est par ailleurs ajouté durant la phase de démarrage, puis progressivement ramené vers 0 lorsque le moteur tourne de manière autonome (après obtention d'une première combustion), en vue d'éviter tout risque de calage du moteur 1.
[0042] Dans un autre mode de réalisation, illustré en traits pointillés épais sur ce même diagramme, le calculateur 2 calcule un instant tiv, survenant durant la période T prédéterminée, cet instant correspondant à un nombre prédéterminé de Point Mort Haut PMH (ou un nombre prédéterminé de temps moteur), pour lequel une première combustion n'a pas encore été réalisée avec la première valeur S1 d'ouverture réduite. A titre d'exemple, le calculateur 2 compte le nombre de Point Moteur Haut pour chaque cylindre du moteur 1 et compare ce nombre avec un nombre prédéfini (configurable). Afin de garantir cette première combustion durant la période T, le calculateur 2 applique alors, dès l'instant tiv, une valeur d'offset (flèche 29), afin d'amener la valeur d'ouverture de l'actionneur d'air depuis la première valeur S1 d'ouverture réduite à la valeur S1' référentielle. A l'instant ti, lorsque le moteur 1 tourne de manière autonome, le calculateur 2 diminue alors progressivement (pente pointillée 30) l'ouverture de l'actionneur d'air de la valeur S1' référentielle vers la première valeur S1 d'ouverture réduite, et si
celle-ci est atteinte avant la fin de la période T prédéterminée, la maintient jusqu'à la fin de cette période T.
[0043] Les différents modes de réalisations du diagramme b) suivent ensuite une même stratégie pilotée par le calculateur 2 (courbe commune en trait plein à partir de la fin de la période T prédéterminée). A la fin de la période T prédéterminée, le calculateur 2 réduit progressivement (flèche 31) la section d'ouverture de l'actionneur d'air, depuis la première valeur S1, jusqu'à atteindre la deuxième valeur S2. Cette réduction progressive est déterminée par le calculateur 2 en fonction de l'état thermique du moteur 1. La section S d'ouverture de l'actionneur d'air est ensuite maintenue constante à la deuxième valeur S2, jusqu'à un instant prédéterminé tii'. A partir de cet instant tii' débute alors la transition de la commande en boucle ouverte des paramètres de fonctionnement du moteur 1 (paramètres d'injection et de gestion de la circulation d'air) vers une commande en boucle fermée de ces paramètres, effective à partir d'un instant prédéterminé tiii'. Pour cet instant tiii', la section S d'ouverture est alors à la troisième valeur S3 se rapportant à une ouverture de l'actionneur d'air en régime de ralenti stabilisé. Ainsi, entre les instants tii' et tiii', le calculateur 2 réduit progressivement (en fonction de la thermique du moteur 1) la valeur d'ouverture de l'actionneur d'air de la deuxième valeur S2 vers la troisième valeur S3 se rapportant à l'ouverture de l'actionneur d'air en régime de ralenti stabilisé. A l'instant tiii', les paramètres de fonctionnement du moteur 1 sont alors régulés en boucle fermée par le calculateur 2 : ces paramètres convergent alors vers des valeurs assurant le régime de ralenti moteur stabilisé. Par ailleurs, à des fins illustratives, on observe encore ici, à titre d'exemple, une valeur (flèche 27) d'ouverture résiduelle de l'actionneur d'air par rapport à la troisième valeur S3 à l'instant tiii'.
[0044] Les modes de réalisation décrits sur le diagramme b) présentent plusieurs avantages par rapport à l'état de l'art. Tout d'abord, la première valeur S1 étant réduite par rapport à la valeur S1' référentielle. On accélère ainsi la mise en dépression du répartiteur d'admission. Ceci permet d'avancer l'instant de transition de commande en boucle ouverte des paramètres de fonctionnement du moteur 1 (par exemple : paramètres d'injection et de gestion de la circulation d'air) vers une régulation en boucle fermée, et ainsi aussi obtenir un instant de bouclage en boucle fermée anticipé. On constate ainsi sur le diagramme b) que l'instant tii' est avancé
par rapport à l'instant tii, de même pour l'instant tiii' par rapport à l'instant tiii. On rentre donc plus rapidement en phase de régulation de ralenti moteur, par rapport à l'état de l'art, ce qui permet donc de réduire la durée totale de démarrage. Par ailleurs, l'accélération de la mise en dépression du répartiteur d'admission contribue à la réduction de la consommation de carburant associée au démarrage ou au redémarrage. Ensuite, le mode de réalisation illustré en trait pointillé (augmentation de l'offset à la valeur S1' référentielle) ne se limite pas à détecter et pallier à une simple combustion tardive au-delà d'un nombre prédéterminé de Point Moteur Haut. Ce nombre est en effet paramétrable et prend en compte des paramètres tels que le type de démarrage du véhicule 100 (ex : démarrage automatique via la fonction « Stop and Start », démarrage sous clef, redémarrage sous clef), son altitude (par exemple : pression atmosphérique, pression dans le répartiteur d'admission), ou encore l'état thermique du moteur 1. Ainsi, si un démarrage n'est pas réalisable avec la première valeur S1 , le calculateur 2 est capable d'anticiper le fait que ce démarrage ne se produira pas non plus à un nombre déterminé de Point Moteur Haut, et rehausser préventivement cette valeur vers la valeur S1' référentielle, afin d'assurer une première combustion dans un cylindre du moteur 1. Le calculateur 2 n'attend donc pas nécessairement l'occurrence de ce nombre déterminé de Point Mort Haut (ou de temps moteur) dans les cylindres du moteur 1. Par exemple, en fonction des conditions extérieures (pressions, températures), le calculateur 2 peut anticiper le fait qu'à l'instant ti, c'est-à-dire au bout d'un nombre prédéfini de Point Mort Haut (PMH), l'application de la première valeur S1 ne permettra pas d'atteindre une première combustion. Dans ce cas, il peut appliquer dès l'instant tO de démarrage la valeur S1' référentielle, qu'il diminue ensuite progressivement (en fonction de la thermique du moteur 1) à la première valeur S1 réduite dès que le moteur 1 tourne de manière autonome. On garantit donc, grâce à cette action préventive, un démarrage du moteur 1 sous toutes conditions de pressions, altitudes, températures, tout en assurant une durée de démarrage diminuée par rapport à l'état de l'art. Selon une autre stratégie, le nombre de Point Mort Haut (PMH) étant configurable, on peut aussi volontairement choisir de retarder l'instant de première combustion d'un ou deux Point Moteur Haut. Bien que le démarrage du moteur 1 thermique s'en voit alors retardé, un tel retard demeure cependant imperceptible pour le conducteur et permet l'établissement de
meilleures conditions de démarrage : optimisation du régime moteur, de la pression d'air dans le répartiteur d'admission, de la pression et température dans la chambre de combustion. Avantageusement, ceci participe à améliorer les conditions vibratoires (ébranlement du moteur 1) lors des démarrages ou redémarrages successifs, ces conditions étant perceptibles par le conducteur. Le confort de ce dernier s'en voit donc amélioré.
[0045] Parallèlement à la commande de la section S d'ouverture de l'actionneur d'air, le calculateur 2 commande divers paramètres de fonctionnement du moteur 1, tels que la valeur de l'avance à l'allumage et les paramètres d'injection (masse de carburant injectée, durée d'injection). Comme il va être maintenant vu sur la figure 3, ces paramètres sont notamment régulés par le calculateur 2 en fonction de la pression d'air dans le répartiteur d'admission (ou dans les chambres de combustion), ainsi que du régime du moteur 1.
[0046] Sur la figure 3, on observe sept diagrammes présentant une pour une même d'échelle d'abscisse, des évolutions temporelles de différents paramètres de fonctionnement du moteur 1 :
le diagramme a) illustre en ordonnée le régime N du moteur 1 en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme b) illustre en ordonnée l'état binaire E de la machine électrique en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme c) illustre en ordonnée la pression P dans le répartiteur d'admission (ou dans les chambres de combustion) en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme d) illustre en ordonnée la section S d'ouverture, dite aussi section de passage, de l'actionneur d'air (ex : papillon) en fonction du temps t en abscisse lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme e) illustre en ordonnée la valeur de l'avance à l'allumage AA en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme f) illustre en ordonnée la durée D d'injection du carburant en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1 ;
le diagramme g) illustre en ordonnée la masse M de carburant injectée en fonction du temps t en abscisse, lors d'une phase de démarrage (ou de redémarrage) du moteur 1.
[0047] Sur les diagrammes de cette figure 3, les modes de réalisations sont illustrés en traits épais pleins, ou traits épais pointillés. L'état de l'art est quant à lui illustré en traits fins mixtes, afin d'observer les avantages des modes de réalisations vis-à-vis de celui-ci.
[0048] A l'instant tO, le calculateur 2 réceptionne une commande de démarrage (ou de redémarrage), et commande alors l'entraînement du moteur 1 par la machine électrique. La commande de démarrage est, par exemple, réalisée suite à une action du conducteur prise en compte par le calculateur 2 : via la clef de contact, par pression sur un bouton de démarrage, un relâchement de la pédale de frein, un enfoncement de la pédale d'embrayage, un passage de la première vitesse, ou encore un enfoncement de la pédale d'accélérateur. Le régime N du moteur est alors nul, la machine électrique est mise sous tension mais ne fonctionne pas encore (état binaire E à « 0 »). La pression P dans le répartiteur d'admission est égale à une valeur de pression P0 atmosphérique extérieure au véhicule 100, la section S d'ouverture de l'actionneur d'air est à une valeur S0 de repos prise lorsque le moteur 1 est à l'arrêt (ici, en position ouverte car valeur positive) et l'avance à l'allumage AA est nulle. A cet instant, l'injection de carburant n'a pas encore débuté, les valeurs de durée D d'injection ainsi que de masse M de carburant injectée sont donc nulles.
[0049] A l'instant t1, la machine électrique est mise en marche, en mode démarreur, afin d'entraîner le moteur 1 : son état binaire E passe donc à la valeur « 1 ». Immédiatement à la suite de cet instant t1 , la machine électrique entraîne en rotation le moteur 1 thermique, qui voit donc son régime N augmenter. La mise en mouvement des organes internes du moteur 1 (rotation du vilebrequin, distribution, translation des pistons et des soupapes) engendre alors une mise en dépression de l'air dans le répartiteur d'admission : la pression P de l'air dans celui-ci commence à décroître. L'actionneur d'air adopte une position telle que sa section d'ouverture soit à la première valeur S1, inférieure à la valeur S1' référentielle préalablement
déterminée par le calculateur 2. Les autres paramètres de fonctionnement du moteur 1 demeurent, quant à eux, inchangés.
[0050] A l'instant t2, le moteur est encore entraîné via la machine électrique (en mode démarreur), le régime N du moteur thermique atteint alors vers le haut (c'est-à-dire par le bas) un premier seuil N1 de régime connu (préconfiguré) du calculateur 2. A titre d'exemple, le calculateur 2 détermine l'atteinte du premier seuil N1 par comparaison avec la valeur courante de régime N du moteur 1. Parallèlement, la pression P dans le répartiteur d'admission continue encore de diminuer. Cette valeur de pression P est, en outre, comparée par le calculateur 2 avec un premier seuil P1 de pression prédéfini, connu de celui-ci. Dans l'exemple illustré sur le diagramme c), ce premier seuil P1 de pression n'est ici pas encore atteint vers le bas (c'est-à-dire par le haut). Cependant dans un autre exemple, ce premier seuil de pression P1 peut être atteint, avant l'atteinte du premier seuil N1. Ici, à l'instant t2, la machine électrique demeure en état de fonctionnement (état binaire E à « 1 ») en mode démarreur, et le régime N du moteur 1 continue par conséquent à augmenter. Les autres paramètres de fonctionnement du moteur 1 (position de l'actionneur d'air, injection nulle) sont commandés par le calculateur 2 de sorte à rester inchangés. Le calculateur 2 veille, en effet, à garder ces paramètres constants, tant qu'il ne détecte pas que les seuils N1 de régime et P1 de pression sont tous les deux atteints.
[0051] A l'instant t3, la machine électrique entraîne à son régime de rotation maximal le moteur 1. Le moteur 1 atteint donc un deuxième seuil N2 de régime, se rapportant au régime maximal de la machine électrique selon la démultiplication de vitesse de rotation entre la machine électrique et le moteur 1. Le moteur 1, sous l'entraînement de la machine électrique, et en l'absence de première combustion, demeure donc entraîné de manière constante à ce deuxième seuil N2. A cet instant, la pression P dans le répartiteur d'admission continue de décroître, mais n'atteint pas encore le premier seuil P1 de pression. Une fois encore, les autres paramètres de fonctionnement du moteur 1 (position de l'actionneur d'air, injection nulle) sont commandés par le calculateur 2 de sorte à rester inchangés.
[0052] A l'instant t4, la pression P dans le répartiteur d'admission continue à diminuer et atteint vers le bas le seuil P1 de pression. L'atteinte du premier seuil N1 de régime moteur étant déjà survenue (ici à l'instant t2),
la machine électrique est maintenue sous fonctionnement en mode démarreur et le calculateur 2 commande alors l'injection de carburant : par injection directe ou indirecte via les tubulures d'admission en fonction de la structure du moteur 1. Plus précisément, le calculateur 2 commande :
- l'injection d'une masse M1 de carburant dans le moteur 1 durant une durée D1 ;
l'avance à l'allumage AA depuis sa valeur initiale nulle vers une valeur AA1 maximale.
Le calculateur 2 maintient par ailleurs la section S de passage (c'est-à-dire l'ouverture) l'actionneur d'air à la première valeur S1. Dans un mode de réalisation, si une première combustion n'est toujours pas détectée au bout d'un nombre prédéfini de Point Moteur Haut, le calculateur 2 commande l'ouverture de l'actionneur d'air à la valeur S1' référentielle, qu'il réduit ensuite progressivement vers la première valeur S1 dès la réalisation de la première combustion (ici à l'instant t5). Ce mode de réalisation est ici illustré en traits pointillés épais sur le diagramme d) et a été précédemment exposé au cours de la description de la figure 2. On note, par ailleurs, que les instants sont ici donnés à titre d'exemple purement illustratif : les seuils N1 de régime et P1 de pression dans le répartiteur d'admission peuvent en effet survenir avant ou après l'un par rapport à l'autre, voire en même temps et dans ce cas les instants t2, t3, t4 sont simultanés.
[0053] A l'instant t5 survient une première combustion dans un cylindre du moteur 1. La machine électrique est alors désactivée (état binaire E à « 0 ») par le calculateur 2 de son mode démarreur, et cesse d'entraîner le moteur 1 thermique, qui tourne alors de manière autonome. Si cette machine électrique peut également fonctionner en mode alternateur, celle-ci est alors commandée par le calculateur 2 dans ce mode afin d'alimenter électriquement les différents consommateurs électriques du véhicule 100. Le cas contraire, celle-ci est totalement désactivée jusqu'à la réception de la prochaine commande de démarrage ou redémarrage. Par ailleurs, entre les instants t4 et t5 :
la pression P dans le répartiteur d'admission continue à décroître sous l'effet de la rotation du moteur 1 ;
l'avance à l'allumage AA atteint progressivement la valeur AA1 commandée à l'instant t4, puis est maintenue constante durant cet intervalle de temps par le calculateur 2 ;
la durée D d'injection est maintenue constante à une première valeur D1, le temps que l'avance à l'allumage AA atteigne la valeur maximale AA1 : c'est-à-dire lorsque la valeur de l'avance à l'allumage AA transite encore entre sa valeur nulle initiale et sa valeur AA1 maximale. La durée d'injection D est par la suite diminuée progressivement depuis la première valeur D1 vers une deuxième valeur D2, correspondant à la durée d'injection appliquée pour le régime de ralenti du moteur 1. Cette diminution de durée d'injection D débute dès que la valeur de l'avance à l'allumage AA atteint sa valeur AA1 maximale et s'effectue à mesure que la pression P diminue au sein du répartiteur d'admission ;
la masse M de carburant est injectée à une valeur constante M1, depuis le début de l'injection jusqu' à l'occurrence de la première combustion dans un cylindre du moteur 1, réalisée à l'instant t5.
[0054] A l'instant t6, le régime N du moteur 1 franchit vers le haut la consigne N3 de régime ralenti du moteur. L'instant de dépassement de cette consigne N3, correspond au début d'une phase de dépassement du régime de ralenti moteur, couramment connue sous la dénomination de phase « d'over shoot ». En parallèle, la pression P dans le répartiteur d'admission continue à décroître, ainsi que la durée D d'injection de carburant, en lien avec l'évolution de la dépression dans le répartiteur d'admission. Par ailleurs entre les instants t5 et t6
la valeur de section S d'ouverture de l'actionneur d'air est progressivement commandée par le calculateur 2 vers une deuxième valeur S2 de section d'ouverture inférieure à la première valeur S1 de section d'ouverture ;
la pression P dans le répartiteur d'admission et la durée D d'injection de carburant continuent à décroître ;
la masse M de carburant injectée est progressivement augmentée, en conséquence de l'évolution des paramètres précédents, jusqu'à atteindre une valeur M2 maximale. La masse M de carburant injecté est, par la suite, diminuée progressivement depuis la valeur M2 maximale vers une valeur M3 inférieure, cette valeur M3 inférieure correspondant à la masse M de carburant injectée lors du régime de ralenti du moteur 1. Cette diminution masse M de carburant injecté est commandée par le calculateur 2, dès l'atteinte de la valeur M2 maximale.
[0055] A l'instant t7, la pression P dans le répartiteur d'admission atteint un second seuil P2 de pression. Avantageusement, cet instant correspond au début de la transition des paramètres de fonctionnement du moteur 1, d'une régulation en boucle ouverte vers une régulation progressive en boucle fermée (voir figure 2 précédemment décrite). A cet instant, la durée D d'injection continue encore à décroître et le calculateur 2 commande progressivement
la section S d'ouverture de l'actionneur d'air vers la troisième valeur S3 de section d'ouverture inférieure à la deuxième valeur S2 de section d'ouverture ;
la valeur de l'avance à l'allumage AA de sa valeur AA1 maximale vers une deuxième valeur AA2 inférieure à la valeur AA1 maximale.
La commande par le calculateur 2 des paramètres de fonctionnement du moteur 1, notamment la diminution de la section S d'ouverture de l'actionneur d'air, de la durée d'injection, de l'avance à l'allumage, couplée à la diminution progressive et continue de la pression P au sein du répartiteur d'admission, amène alors le régime N du moteur 1 thermique à continuer d'augmenter jusqu'à une valeur N5 maximale, couramment connue sous le nom de régime d' « over shoot ». Cette valeur N5 maximale (régime d'« over shoot ») est ici atteinte à l'instant t8. Par ailleurs, entre les instants t7 et t8, via l'application des commandes issues du calculateur 2
la durée D d'injection atteint la deuxième valeur D2, correspondant à la durée d'injection appliquée pour le régime de ralenti du moteur 1, et est maintenue constante ;
- la section S d'ouverture de l'actionneur d'air atteint la troisième valeur S3, correspondant à l'ouverture de l'actionneur d'air appliquée lors du régime de ralenti moteur, et est maintenue constante ;
la valeur de l'avance à l'allumage AA atteint la deuxième valeur AA2 ; la masse M de carburant injectée converge vers la valeur M3, qui est la masse de carburant consommée lors du régime de ralenti du moteur 1.
[0056] A l'instant t9, le régime N du moteur thermique franchit vers le bas une consigne N4. Selon divers modes de réalisation, la consigne N4 correspond à la valeur la consigne de régime ralenti N3 additionnée à un nombre prédéfini de régime moteur (par exemple : 50 tours/min) ou multipliée par un facteur prédéfini paramétrable (par exemple : 1.1). Avantageusement, l'atteinte de cette consigne N4 vers le bas, correspond à
la fin de la phase d' « over shoot » du moteur 1. A partir de cet instant, commence alors la phase de régulation du régime de ralenti moteur et l'avance à l'allumage AA est progressivement commandée vers une valeur AA3 finale de consigne. Le calculateur 2 peut, par exemple, détecter le début de la phase de régulation du régime de ralenti du moteur à l'instant t9, par comparaison entre le régime N du moteur et la valeur de consigne N4 qui est préalablement paramétrée ou estimée par le calculateur 2.
[0057] Enfin, à l'instant t10, le régime N moteur est stabilisé à la consigne N3, correspondant à la valeur constante de régime de ralenti du moteur 1. La pression P dans le répartiteur d'admission a atteint une valeur P3 stabilisée, l'avance l'allumage a convergé vers la valeur AA3 finale de consigne. Tous les autres paramètres sont maintenus constants, sauf la masse M de carburant injecté qui diminue progressivement, à mesure que les transferts thermiques vers les parois de la chambre de combustion diminuent sous l'effet de la montée en température des parois, du liquide de refroidissement et de l'huile de lubrification du moteur 1. La phase de démarrage du moteur 1 thermique est alors achevée.
[0058] Avantageusement, grâce aux modes de réalisations illustrés sur cette figure et vis-à-vis de l'état de l'art (en trait mixte), on constate que la pression P dans le répartiteur d'admission converge plus rapidement vers la valeur P3 de pression minimale grâce à la valeur S1 de section S d'ouverture alors prise par l'actionneur d'air, inférieure à la valeur S1' référentielle. En effet, une section S d'ouverture de l'actionneur d'air plus importante, implique une moindre augmentation de l'avance à l'allumage AA, et donc un bouclage plus tardif des paramètres de fonctionnement du moteur 1. Par opposition, dans les modes de réalisations illustrés, la convergence de l'avance à l'allumage AA vers une valeur AA3 finale de consigne s'effectue par le haut, grâce à une ouverture réduite de l'actionneur d'air et à une mise en dépression plus rapide du répartiteur d'admission, la pression P dans le répartiteur d'admission convergeant plus rapidement vers la valeur P3. Ceci permet d'atteindre plus rapidement le régime de régulation en boucle fermée des paramètres de fonctionnement du moteur 1. Il s'ensuit que la masse de carburant consommée dans les modes de réalisations proposés s'en voit réduite.
[0059] Avantageusement, les modes de réalisations précédemment décrits permettent, durant une phase de démarrage, de vider plus rapidement l'air
contenu initialement dans le répartiteur d'admission et dans la chambre de combustion des cylindres. Dès l'instant de début de l'opération de démarrage, sous l'action de la machine électrique, certains pistons commencent leur phase de descente dans leur cylindre correspondant, les soupapes d'admission d'air étant ouvertes. La pression d'air dans le répartiteur d'admission diminue donc plus rapidement, et sa valeur P3 de pression minimale (point bas) est atteinte entre au moins 0.5 et 1 seconde plus rapidement. La quantité de carburant injectée suit en parallèle la même évolution. Il devient ainsi possible, durant la phase de démarrage, de commencer à réduire plus tôt la quantité de carburant injectée, et ce sans pour autant dégrader le régime de dépassement de la consigne de ralenti moteur (régime d'« over shoot »). La régulation en boucle fermée des paramètres d'injection et de gestion de la circulation d'air, est en effet anticipée, ce qui permet d'abaisser les différents seuils de régimes moteur, en particulier le régime moteur auquel intervient la transition vers la régulation en boucle fermée des paramètres d'injection et de gestion de la circulation d'air, ainsi que le régime d' « over shoot » grâce à la diminution, pendant toute la phase de démarrage ou de redémarrage, des quantités d'air et de carburant admises dans les chambres de combustion. La phase de dépassement de la consigne de ralenti moteur se voit donc aussi améliorée, via à une baisse de l'amplitude maximale du régime de rotation moteur durant cette phase. L'anticipation de la régulation en boucle fermée des paramètres d'injection et de gestion de la circulation d'air permet également d'optimiser le pilotage de la section S d'ouverture de l'actionneur d'air et de l'avance à l'allumage AA, ce qui permet une réduction supplémentaire de la consommation de carburant.
[0060] Par ailleurs, la réduction de carburant injecté est variable selon la thermique du moteur 1 à l'instant de son démarrage ou redémarrage, et est fonction de l'état d'amorçage des différents organes de post-traitement des émissions polluantes du moteur 1, tels le catalyseur à trois voies, les pièges à oxydes d'azote, combinés ou non avec la boucle de recirculation des gaz d'échappement (EGR). Ainsi, pour un démarrage ou un redémarrage, le calculateur 2 peut décider d'appliquer les modes de réalisation précédemment décrits, seulement si une ou plusieurs des conditions suivantes sont réunies :
la température du moteur 1 (par exemple : la température de son liquide de refroidissement) dépasse une consigne de température préconfigurée, par exemple 30 à 40°C ;
la température de l'air dans le répartiteur d'admission en entrée des chambres de combustion, dépasse une consigne préconfigurée de température ;
l'ensemble des organes de dépollution sont amorcés, par exemple en évaluant, la température des gaz d'échappement ou la température dans le catalyseur.
[0061] Avantageusement, pour les modes de réalisation précédemment décrits, le calculateur 2 différencie les différents types de démarrage ou redémarrage, tels les démarrages automatiques via la fonction « Stop and Start » ou les démarrages sous clef, et prend en compte la thermique du moteur 1 ainsi que son altitude, pour piloter les différents paramètres d'injection et de gestion de la circulation de l'air. Les modes de réalisations précédemment décrits sont donc applicables à tout véhicule 100 automobile muni d'une machine électrique pour l'entraînement de son moteur 1 lors d'un démarrage, équipé ou non de la fonction « Stop and Start ».
[0062] Avantageusement, les modes de réalisations précédemment décrits permettent d'économiser une masse de carburant comprise entre 0.7 et 1g lors de l'application d'un cycle de conduite ECE-EUDC (cycle européen de conduite), et comprise entre 0.3 et 0.6g pour l'application d'un cycle de conduite WLTC (acronyme anglais de « Wor/d harmonized Light vehicles Test Cycle »).
[0063] Ces modes de réalisation permettent, en outre, d'améliorer le comportement acoustique et vibratoire du groupe motopropulseur, grâce au contrôle par le calculateur 2 du nombre de Point Mort Haut avant une première combustion dans un cylindre du moteur 1.
[0064] Plus généralement, l'ensemble des modes de réalisations proposés contribuent à la réduction des émissions polluantes d'un véhicule 100 automobile.
Claims
1. Procédé de démarrage automatique d'un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé pour véhicule (100) automobile, le moteur (1) étant couplé à une machine électrique apte à permettre son entraînement, le moteur (1) étant connecté en entrée à un répartiteur d'admission et en sortie à un collecteur d'échappement, un actionneur d'air étant disposé en amont du répartiteur d'admission , notamment de sorte à réguler le débit d'air au travers de celui-ci, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant :
lors de la réception d'une commande démarrage, à commander la mise sous tension de la machine électrique, notamment de sorte à débuter l'entraînement du moteur (1) ;
lorsque la mise en entraînement du moteur (1) débute, à imposer à l'actionneur d'air une première valeur (S1) de section d'ouverture inférieure à une valeur (S1') référentielle, cette valeur (S1') référentielle étant calculée en fonction de l'état thermique du moteur (1) et étant notamment apte à garantir la réussite d'une première combustion dès l'occurrence d'un premier cycle de combustion dans un cylindre du moteur (1) ;
à comparer le régime (N) du moteur (1) avec un premier seuil (N1) de régime, et comparer la pression (P) dans le répartiteur d'admission à un premier seuil (P1) de pression ;
à commander l'injection d'une masse (M) de carburant dans le moteur (1) et à commander l'avance à l'allumage depuis une valeur initiale nulle vers une valeur (AA1) maximale, lorsque le premier seuil de régime (N1) est franchi vers le haut par le régime (N) du moteur et que le premier seuil (P1) de pression est franchi vers le bas par la pression (P) dans le répartiteur d'admission ;
- à couper la machine électrique suite à l'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur (1) ;
à réguler ensuite les paramètres de fonctionnement du moteur (1) pour converger vers une consigne (N3) de régime ralenti, notamment apte à permettre l'établissement du régime de ralenti du moteur (1).
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre des étapes consistant :
à compter le nombre de Point Moteur Haut pour chaque cylindre du moteur (1) et comparer ce nombre avec un nombre prédéfini ;
lorsque le nombre de Point Moteur Haut compté atteint le nombre prédéfini et en l'absence d'une première combustion, à imposer à l'actionneur d'air la valeur (S1') référentielle pour section d'ouverture, de sorte à réaliser une première combustion dans un cylindre du moteur (1), puis à commander une diminution progressive de cette valeur (S1') référentielle de section d'ouverture vers la première valeur (S1) de section d'ouverture.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la masse (M) de carburant est injectée durant une durée (D), cette durée (D) étant commandée de sorte à :
être maintenue constante à une première valeur (D1) lorsque la valeur de l'avance à l'allumage est commandée entre sa valeur nulle initiale et sa valeur (AA1) maximale ;
être diminuée progressivement depuis la première valeur (D1) vers une deuxième valeur (D2) correspondant à la durée d'injection appliquée pour le régime de ralenti du moteur (1), dès que la valeur de l'avance à l'allumage a atteint sa valeur (AA1) maximale.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la masse (M) de carburant est injectée à une valeur (M1) constante du début de son injection à l'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur (1).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle, entre un instant d'occurrence d'une première combustion dans un cylindre du moteur (1) et un instant de franchissement vers le haut de la consigne (N3) de régime ralenti par le régime (N) du moteur (1)
la valeur de section d'ouverture de l'actionneur d'air est progressivement commandée vers une deuxième valeur (S2) de section d'ouverture inférieure à la première valeur (S1) de section d'ouverture ; la masse (M) de carburant injectée est progressivement augmentée jusqu'à atteindre une valeur (M2) maximale.
6. Procédé selon la revendication 5, dans laquelle dès l'atteinte de la valeur (M2) maximale de masse (M) de carburant, la masse (M) de carburant est commandée de sorte à converger progressivement vers une valeur (M3)
inférieure, cette valeur (M3) inférieure correspondant à la masse (M) de carburant injectée lors du régime de ralenti du moteur (1).
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle lorsqu'un deuxième seuil (P2) de pression, inférieur au premier seuil (P1) de pression est franchi vers le bas par la pression (P) dans le répartiteur d'admission, la valeur de section d'ouverture de l'actionneur d'air est commandée progressivement vers une troisième valeur (S3) de section d'ouverture inférieure à la deuxième valeur (S2) de section d'ouverture ;
la valeur de l'avance à l'allumage est commandée progressivement de sa valeur (AA1) maximale vers une deuxième valeur (AA2) inférieure à la valeur (AA1) maximale.
8. Procédé selon la revendication 7, comprenant
une détection d'une phase de régulation du régime de ralenti du moteur (1) par comparaison du régime (N) du moteur (1) avec une valeur de consigne (N4) franchie vers le bas ;
la commande progressive de l'avance à l'allumage vers une valeur (AA3) finale, inférieure à la deuxième valeur (AA2), dès détection de l'occurrence de la phase de régulation du régime de ralenti du moteur (1)-
9. Calculateur (2) équipant un véhicule (100) automobile, configuré pour appliquer un procédé de démarrage automatique d'un moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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