Dispositif d'asservissement du régime d'un moteur Diesel par régulation électronique du débit du carburant injecté par la pompe à injection

Abstract

 Dispositif de régulation électronique d'une pompe à injection d'un moteur Diesel de véhicule dans laquelle une soupape de dosage (10) règle le débit de combustible, et qui comporte en combinaison: un détecteur numérique (2, 3) du régime du moteur ou de la pompe engendrant un signal numérique (RM) représentatif du régime moteur, un détecteur numérique (4, 5) de la position de la manette de commande du régime moteur fournissant un signal numérique (RC) représentatif de la valeur de consigne du régime moteur, un comparateur numérique (6) élaborant un signal numérique d'erreur (SE) comme différence entre les deux signaux précédents (SE = RC - RM), un régulateur numérique (7) de type proportionnel, intégral et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent (SE), un signal (CS) de consigne de la soupape de dosage (10) et un servomoteur (8, 9) comportant sa propre boucle d'asservissement pour positionner la soupape de dosage dans une position correspondant à la valeur de consigne (CS) précédente.

Description

[0001] Dispositif d'asservissement du régime d'un moteur Diesel par régulation électronique du débit du carburant injecté par la pompe à injection.

[0002] L'invention concerne la régulation des pompes à injection pour moteurs Diesel, notamment des pompes rotatives comportant une soupape de dosage dont la position détermine le débit injecté.

[0003] A titre d'exemple caractéristique on considérera la pompe "ROTO DIESEL" à distributeur rotatif D.P.A.

[0004] De telles pompes, entrainées par le moteur Diesel, nécessitent une régulation pour assurer un fonctionnement stable lorsque la manette de commande de vitesse est en position fixe.

[0005] Habituellement, ces pompes comportent un régulateur mécanique, constitué par des masselottes centrifuges montées sur l'axe de la pompe et qui agissent sur une palette basculante de commande pour exercer un effort fonction de la vitesse, cette palette étant par ailleurs munie d'un ressort de rappel dont la tension est commandée par la manette de commande. En outre, cette palette commande par une liaison unilatérale la soupape de dosage dans le sens voulu pour la régulation. Il en résulte qu'une augmentation de vitesse produit une fermeture progressive de la soupape, et inversement, jusqu'à aboutir à un point d'équilibre, ce point d'équilibre étant par ailleurs déplaçable par action sur la manette de commande. Cette régulation mécanique est donc du type proportionnel. Il est par suite nécessaire qu'il existe une erreur entre la consigne, qui est la position de la manette d'accélération, et la vitesse du moteur transmise par les masselottes pour corriger la position de la soupape de dosage. Plus l'erreur est grande et plus la correction est importante. Pour une consigne donnée, l'opérateur obtient donc différentes valeurs du régime moteur selon la valeur du couple résistant imposé au moteur.

[0006] On utilise aussi avec ce type de pompe un régulateur hydraulique qui présente pratiquement les mêmes inconvénients que le régulateur mécanique.

[0007] On connait par ailleurs, d'après les brevets GB-A 2.078.400 et US-A 3.777.174 un dispositif de régulation électronique d'une pompe à injection d'un moteur Diesel de véhicule dans laquelle une soupape de dosage règle le débit de combustible, ce dispositif comportant :

- un détecteur numérique du régime du moteur ou de la pompe engendrant un signal numérique (RM) représentatif du régime moteur,

- un détecteur numérique de la position de la manette de commande du régime moteur fournissant un signal numérique (RC) représentatif de la valeur de consigne du régime moteur,

- un comparateur numérique élaborant un signal numérique d'erreur (SE) comme différence entre les deux signaux précédents (SE =RC - RM),

- un régulateur numérique de type proportionnel, intégral et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent (SE), un signal (CS) de consigne de la soupape de dosage, et

- un servomoteur pour positionner la soupape de dosage dans une position correspondant à la valeur de consigne (CS) précédente.

[0008] Toutefois, dans un dispositif de ce type, l'actionneur de commande du débit de la pompe ne reçoit pas une valeur de consigne mais une valeur de variation, cette variation du débit de la pompe entraînant par rétroaction une variation de la vitesse du moteur, et par conséquent une régulation par l'intermédiaire de la boucle de régulation générale, c'est-à-dire selon un processus relativement lent.

[0009] La présente invention a pour but de fournir un dispositif de régulation dont la rapidité de réponse et la précision complètent avantageusement la précision de la régulation du type proportionnel, intégral et dérivé utilisée dans les dispositifs des brevets cités ci- dessus.

[0010] A cet effet, elle a pour objet un dispositif de régulation électronique du type précité, caractérisé par le fait que ledit servomoteur est un servomoteur électrique, que le signal de consigne de soupape (CS) fourni par le régulateur au servomoteur est constitué par un courant haché de rapport cyclique variable, et que ce servomoteur comporte une boucle d'asservissement de position avec un contrôle analogique de l'angle d'ouverture de la soupape.

[0011] D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel :

- la figure 1 est une coupe partielle en élévation selon I-I de la figure 2 de la partie électromagnétique du régulateur situé au-dessus de la pompe ;

la fig. 2 est une coupe horizontale selon IIII de la fig. 1; et

la fig. 3 est un schéma d'ensemble de la régulation.

[0012] Sur la fig. 3 on a représenté par 1 un arbre mécanique, solidaire en rotation de l'arbre de la pompe ou du moteur, et comportant une roue dentée quelconque, non représentée, tournant en regard d'un capteur électromagnétique 2, dont les signaux sont repris par un compteur 3 qui les met en forme et effectue le comptage des impulsions produites au cours de périodes de temps successives, elles-mêmes fournies par une base de temps intégrée au compteur. On obtient ainsi en sortie du compteur un signal numérique RM représentatif du régime moteur.

[0013] La manette de commande, non représentée, fournie en 4 un signal analogique qui est transformé par un convertisseur analogique/numérique 5 en un signal numérique RC représentatif de la valeur de consigne du régime moteur. Naturellement en variante, la manette de commande pourrait fournir directement une valeur numérique de consigne.

[0014] Les deux valeurs numériques RC et RM sont comparées dans un comparateur numérique 6 qui en effectue leur différence afin d'élaborer un signal d'erreur SE qui constitue le signal d'entrée d'un régulateur électronique 7. Ce régulateur comporte notamment un microprocesseur et les registres de mémoire ainsi que les instructions de programmation pour pouvoir traiter ce signal d'erreur SE afin d'élaborer par calcul numérique les termes respectivement proportionnel, intégral, et dérivé selon la théorie générale de la régulation. Ces termes, multipliés par des constantes respectives déterminées expérimentalement, sont combinés pour fournir le signal numérique de consigne de la position de la soupape CS.

[0015] Ce signal de consigne de soupape CS est envoyé à un servomoteur 8 qui commande par un arbre 9 la soupape de dosage 10, laquelle règle le débit envoyé par 11 à la pompe et au moteur 12. Ce servomoteur inclut un détecteur angulaire de la position de l'arbre 9, donc de la soupape 10, qui fournit un signal numérique AS représentatif de cet angle d'ouverture à un comparateur intégré au servomoteur et qui compare l'angle d'ouverture de soupape AS à la consigne soupape CS pour déterminer un signal d'erreur et entraîner en conséquence la rotation du servomoteur 8 dans le sens voulu pour annuler l'écart.

[0016] En particulier, ce servomoteur peut être constitué par un servomoteur de type courant en modélisme et qui est commandé généralement par un signal d'entrée CS en courant haché dont le rapport cyclique représente sous une forme analogique la valeur de consigne, la détermination angulaire AS étant elle-même opérée dans ce cas par voie analogique.

[0017] Comme on le voit sur la fig. 1, entre le servomoteur 8 et l'arbre 9 de commande de la soupape de dosage 10 est interposé un réducteur approprié 13 pour un débattement angulaire maximum d'environ 90° utilisé pour la commande de modèle réduit.

[0018] En réalité comme représenté sur les fig. 1 et 2, la commande en rotatior de la soupape de dosage la par l'arbre 9 n'est pas une commande directe mais comporte une liaison unilatérale pour permettre de surimposer une commande dans le sens de la fermeture de la soupape de dosage 10 sous l'effet d'une barre de commande de stop 14 de type habituel. Pour cela le levier de commande 15 solidaire de la soupape de dosage 10 comporte un axe d'extrémité 16 de type habituel, qui est réuni à l'extrémité 17 d'un levier d'actionnement 18 disposé dans le carter 19. Ce levier 18 est solidaire de l'extrémité intérieure d'un arbre 20 accouplé par un accouplement 21 à l'arbre 9 sortant du motoréducteur, la liaison entre 16 et 17 étant assurée par une tringlerie habituelle 22, à actionnement unilatéral et ressort de rattrapage de jeu 23, du type utilisé dans le dispositif de régulation mécanique rappelé plus haut pour relier ce même levier de commande 15 à la palette du régulateur mécanique, laquelle est évidemment absente dans le cas de l'invention, de même que le ressort de régulation, les masselottes centrifuges et les pièces annexes de commande.

[0019] Grâce à l'invention, on peut déterminer expérimentalement les constantes des éléments proportionnel, intégral et dérivé du régulateur 7 de manière que la régulation comporte les caractéristiques voulues, en particulier une bonne rapidité de réponse jointe à une stabilité du régime vis-à-vis des perturbations du couple résistant, ces qualités étant particulièrement appréciables pour l'application aux tracteurs agricoles.

[0020] En outre, sans aucune dépense supplémentaire, on dispose dans le compteu] 3 et dans le régulateur 7 des valeurs numériques représentatives respectivement du régime moteur et de l'angle d'ouverture de la soupape de dosage, valeurs qui sont disponibles pour d'autres utilisations, par exemple pour déterminer immédiatement, par simple transformation, telle qu'une simple consultation de table de valeurs, les valeurs respectives du couple moteur et de la consommation instantanée afin de faciliter la conduite économique du véhicule.

[0021] Pour l'application aux poids-lourds, l'invention permet également de réaliser facilement un limiteur de vitesse par simple programmation du régulateur 7 en évitant l'addition de l'actionneur limiteur habituel.

Revendications

1. Dispositif de régulation électronique d'une pompe à injection d'un moteur Diesel de véhicule dans laquelle une soupape de dosage (10) règle le débit de combustible, ce dispositif comportant :

- un détecteur numérique (2, 3) du régime du moteur ou de la pompe engendrant un signal numérique (RM) représentatif du régime moteur,

- un détecteur numérique (4,5) de la position de la manette de commande du régime moteur fournissant un signal numérique (RC) représentatif de la valeur de consigne du régime moteur,

- un comparateur numérique (6) élaborant un signal numérique d'erreur (SE) comme différence entre les deux signaux précédents (SE - RC - RM),

- un régulateur numérique (7) de type proportionnel, intégral et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent (SE), un signal (CS) de consigne de la soupape de dosage (10),et

- un servomoteur (8,9) pour positionner la soupape de dosage dans une position correspondant à la valeur de consigne (CS) précédente,

caractérisé par le fait que ledit servomoteur est un servomoteur électrique (8, 9), que le signal de consigne de soupape (CS) fourni par le régulateur (7) au servomoteur (8) est constitué par un courant haché de rapport cyclique variable, et que ce servomoteur comporte une boucle d'asservissement de position avec un contrôle analogique de l'angle d'ouverture de la soupape.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le détecteur numérique du régime moteur comporte un capteur électromagnétique (2) disposé en regard d'une roue dentée solidaire en rotation d'un arbre (1) du moteur ou de la pompe et dont les signaux sont mis en forme puis comptés par un dispositif de comptage (2) au cours de périodes de temps successives déterminées par une base de temps afin d'élaborer les signaux numériques (RM) représentatifs du régime moteur.

3. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le détecteur numérique de position de la manette de commande comporte une détection analogique par potentiomètre suivie par un convertisseur analogue/numérique (5) qui élabore le signal numérique (RC) de consigne du régime moteur.

4. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les signaux numériques de régime moteur (RM) et de consigne de la soupape, élaborés respectivement par le compteur (3) et le régulateur (7), sont utilisés en outre pour assurer des fonctions annexes, telles que la détermination du couple moteur ou de la consommation, ou encore la limitation de vitesse du véhicule.

5. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'arbre (9) de sortie du servomoteur (8), après une réduction (13), commande le levier (15) de la soupape de dosage (10) par l'intermédiaire d'une transmission unilatérale (22) avec rattrapage de jeu (23) de type usuel.

Dessins