|
(11) | EP 0 583 184 B2 |
| (12) | NOUVEAU FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
|
|
| (54) |
Procédé de régulation du régime ralenti d'un moteur à combustion interne Verfahren zur Regelung der Leerlaufdrehzahl einer inneren Brennkraftmaschine Method for regulating the idle-running of an internal combustion engine |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
[0001] La présente invention concerne un procédé de commande du régime ralenti dun moteur à combustion inteme équipant notamment un véhicule automobile.
[0002] Un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion inteme à allumage commandé ou à allumage par compression, doit être alimenté en énergie électrique pour pouvoir démarrer à tout moment et disposer d'une quantité suffisante de courant pour faire fonctionner les différents récepteurs électriques du véhicule (allumage, éclairage, ventilateur de refroidissement moteur, etc.). Pour ce faire, on équipe classiquement le véhicule d'une batterie d'accumulateurs électrochimiques, cette batterie étant rechargée en permanence lors du fonctionnement du moteur grâce à une génératrice électrique ou alternateur entraîné par la rotation de l'arbre moteur.
[0003] Le dimensionnement de l'alternateur est opéré de façon à autoriser la mise en service des différents consommateurs de courants connectés à la batterie et ce dans les conditions de fonctionnement critiques du moteur et notamment au faible régime de rotation du moteur correspondant à un fonctionnement au ralenti du moteur.
[0004] Classiquement le régime de ralenti d'un moteur à combustion inteme du type de ceux équipant les véhicules automobiles, correspondant à la position pied levée de la pédale d'accélérateur, évolue peu ou pas dans le temps si ce n'est avec la température d'eau. Ce régime est déterminé pour un type de moteur donné le plus faible possible de façon à répondre aux exigences de consommation et de dépollution imposées par les législations en vigueur.
[0005] Il en résulte donc la nécessité d'équiper les véhicules automobiles de puissants alternateurs aptes à produire un fort ampérage à la faible vitesse de rotation correspondant aux régimes de ralenti des moteurs. Ce dimensionnement important de l'alternateur présente de nombreux inconvénients : coût, encombrement, poids, etc...
[0006] Le procédé de commande du régime de rotation du moteur en phase de ralenti permet de supprimer ces différents inconvénients, notamment en permettant l'utilisation d'alternateurs de classe inférieure à ceux traditionnellement utilisés, et ce pour un coût de réalisation quasi nul.
[0007] Le procédé de commande du régime de rotation d'un moteur à combustion inteme en phase de fonctionnement ralenti selon l'invention, s'applique à un moteur à combustion interne qui fournit donc du courant électrique à destination de consommateurs électriques par l'intermédiaire d'un alternateur et d'une batterie et qui comprend un capteur de mesure de la valeur de la tension de la batterie de démarrage, un système de contrôle moteur comportant des moyens de calculs et des moyens de stockage des informations et enfin des moyens de réglage du régime ralenti pilotés par ledit système de contrôle moteur (a comparer avec US-A-5 054 446).
[0009] Grâce au procédé objet de l'invention, l'adaptation du régime de ralenti permet de conserver l'équilibre électrique même avec un altemateur de faibles caractéristiques. En effet, lorsque la tension apparaît trop faible notamment à cause de la mise en service d'un puissant consommateur électrique, le régime de rotation ralenti est augmenté. Ainsi l'alternateur est à même de produire plus de courant électrique et de compenser la consommation d'électricité. Le relèvement du régime de rotation du moteur au ralenti permet alors de soulager la batterie et d'éviter son déchargement qui opéré de manière répétitive provoque sa destruction.
[0010] Selon une autre caractéristique du procédé de commande du régime de rotation selon l'invention, les mesures de la valeur de la tension de batterie et le calcul des différentes valeurs statistiques sont opérées après une période de temporisation.
[0011] Selon une autre caractéristique du procédé de commande du régime de rotation selon l'invention, conformément à l'étape (e) les valeurs de régime de rotation du moteur associées sont déduites d'une cartographie spécifique contenue dans le système de contrôle moteur.
[0012] On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, ce mode de réalisation étant donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion inteme équipé d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma fonctionnel précisant les différentes étapes du procédé selon l'invention;
- la figure 3 est un graphique montrant l'incidence de la tension batterie sur l'évolution du régime de rotation du moteur au ralenti, conformément au procédé selon l'invention.
[0013] La figure 1 décrit donc un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de commande du régime de rotation du moteur pendant les phases de fonctionnement au ralenti. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été figurés.
[0014] Le moteur à combustion interne figuré, par exemple du type à quatre temps et à quatre cylindres en ligne, référencé 1, est équipé d'un dispositif d'alimentation en carburant, par exemple du type injection multipoint où chaque cylindre est alimenté en carburant par un électro-injecteur 5 spécifique.
[0015] L'ouverture de chaque électro-injecteur 5 est commandé par un système de contrôle moteur 7, qui détermine la quantité de carburant injectée suivant les conditions de fonctionnement.
[0016] Le système de contrôle moteur 7 pilote également le débit des gaz comburant notamment en phase de fonctionnement ralenti par l'intermédiaire d'un actuateur 4 piloté permettant de contrôler l'ouverture du by-pass ralenti.
[0017] Ce système de contrôle moteur 7 comprend classiquement un calculateur comportant une CPU, une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogiques-numériques (A/D), et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Il raçoit des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur et des organes périphériques, effectue des opérations et génère des signaux de sortie à destination notamment des injecteurs 5 et des moyens actuateurs 4.
[0018] Parmi les signaux d'entrée figure l'information tension batterie, émise par un capteur de mesure 22 disposé sur la ligne de connexion de l'alternateur 12 à la batterie 3.
[0019] Le moteur 1 entraîne en effet classiquement une génératrice électrique ou alternateur 12 apte à produire pendant les plages de fonctionnement du moteur un courant de charge à destination de la batterie d'accumulateurs 3.
[0020] Cet alternateur 12 comprend essentiellement un rotor et un stator. Le rotor entraîné par rarbre moteur, comporte des électro-aimants constitués par un ou plusieurs enroulements d'excitation. Le stator comporte lui, un enroulement triphasé, Le courant altematif produit dans l'enroulement triphasé est transformé en courant continu dans un circuit redresseur avant d'alimenter la batterie 3.
[0021] La mise en oeuvre du procédé objet de l'invention est opéré par le système de contrôle moteur 7. Ce demier grâce à une stratégie implantée dans le calculateur et à des tableaux de valeurs stockées dans ses mémoires pilote le régime ralenti en commandant l'actuateur 4 notamment en fonction de l'information tension batterie.
[0022] Conformément à la figure 2, le procédé de commande du régime ralenti du moteur en fonction de la tension de la batterie de démarrage 3, mis en oeuvre par le système de contrôle moteur 7, est le suivant.
[0023] L'information tension batterie Vbat mesurée périodiquement par le capteur 22 est traitée par un filtre numérique passe bas du premier ordre F1, de la forme 1 / (1 + cp), de façon à obtenir une grandeur statistique VMbat représentative de la valeur moyenne de la tension batterie sur un horizon donné de mesure, comme par exemple les cent dernières mesures.
[0024] La formule de filtrage choisie est alors :
avec
VMbat_i valeur de la grandeur statistique correspondant à l'instant Ti (Ti = To + i * P ; avec To instant de mise en marche du véhicule et P période de mesure de la tension batterie)
VMbat_i-1 valeur de la grandeur statistique correspondant à l'instant Ti-1 ;
Vbat_i valeur de la tension batterie mesurée à l'instant Ti ;
F1 constante de filtrage du filtre F1;
et VMbat_0 = 0.
[0025] L'objet de ce premier filtrage est de prendre en considération une tension moyenne qui ne prenne pas en compte les brèves variations de la tension batterie, comme lors d'un appel de phare.
[0026] On peut toutefois dans un mode de réalisation simplifié du procédé objet de la présente invention, supprimer ce filtrage et traiter directement la valeur brute de la tension batterie Vbat_i observée à l'instant Ti. Selon cette variante de réalisation, on a alors VMbat_i = Vbat_i
[0027] La valeur moyenne VMbat ayant ainsi été obtenue, celle-ci est alors comparée par des moyens soustracteur S à une valeur de seuil Vs prédéterminée correspondant à la valeur normale de la tension de la batterie 3. La tension de référence des batteries de démarrage usuellement utilisée est égale à 12,7 V.
[0028] L'écart brut Ebat, entre VMbat et Vs, est ensuite traité par de nouveaux moyens de filtrage de façon à produire une seconde valeur statistique EMbat représentative de l'évolution de l'écart entre la valeur moyenne de la tension batterie VMbat et la tension de consigne Vs sur un horizon donné de valeurs calculées.
[0029] Ce filtrage utilise deux valeurs de filtrages distinctes suivant le signe de l'écart. Ce découplage du traitement suivant la valeur positive ou négative de l'écart permet une plus grande souplesse dans l'adaptation dynamique du régime de rotation en phase ralenti en fonction de la tension batterie.
[0030] L'écart Ebat est donc d'abord traité par des moyens comparateurs C qui suivant la valeur du signe de l'écart Ebat, positif ou négatif, envoient ce dernier soit vers le filtre F2 soit vers le filtre F3.
[0031] La formule de filtrage choisie est alors :
si Ebat_i > 0 (soit encore VMbat_i > Vs)
et si Ebat_i < 0
avec
Ebat_i valeur de l'écart entre la première grandeur statistique et la valeur de seuil à l'instant Ti, Ebat_i= Vmbat_i - Vs ;
EMbat_i valeur de la seconde grandeur statistique représentative de la moyenne des écarts à l'instant Ti;
EMbat_i-1 valeur de la seconde grandeur statistique à'l'instant Ti-1;
F2 constante de filtrage du filtre F2;
F3 constante de filtrage du filtre F3;
EMbat_0 = 0
[0032] L'utilisation de deux constantes permet de dissocier l'évolution des valeurs de EMbat suivant la valeur de l'écart Ebat observée. On peut ainsi prendre F2 > F3 de façon à avoir une convergence plus rapide en cas d'écart positif que d'écart négatif. La raison de cette différence de traitement sera précisée plus loin dans la description.
[0033] Chaque valeur EMbat_i de la deuxième grandeur statistique EMbat est ensuite convertie en régime de rotation du moteur Rral_i, grâce aux moyens d'adressage A qui appellent dans une table mémorisée dans les mémoires M du système de contrôle moteur 7, la valeur du régime de rotation correspondant à la valeur de la grandeur statistique produite.
[0034] La figure 3 précise une relation possible entre les valeurs de EMbat et du régime de rotation du moteur. L'augmentation de la seconde grandeur statistique correspondant à une variation négative de l'écart entre la tension moyenne observée et la tension normale s'accompagne d'une augmentation du régime de rotation depuis le régime nominal correspondant aux autres conditions de fonctionnement du moteurs et à une tension batterie normale jusqu'à une valeur maximale autorisée pour le fonctionnement du moteur au ralenti.
[0035] L'élaboration d'une telle cartographie est opérée par des séries de mesure au banc d'essai pour chaque type de moteur.
[0036] La valeur de régime de rotation est alors directement utilisable par le système de contrôle moteur pour ajuster le régime de ralenti du moteur dès que ce dernier rentre en phase de fonctionnement ralenti, via l'actuateur 4 et les injecteurs 5.
[0037] Conformément à ce qui vient d'être décrit, le fonctionnement du procédé de commande du régime de rotation du moteur en phase de fonctionnement ralenti est le suivant.
[0038] Dès la mise en marche du moteur ou de préférence après une période de temporisation Tbat, le système de contrôle moteur 7 applique à l'information tension batterie le traitement précédemment décrit et dispose ainsi en permanence de la valeur optimale du régime ralenti compte tenu des différents consommateurs électriques présents.
[0039] Lorsque la tension batterie Vbat diminue à cause de la mise en service d'un puissant consommateur électrique, par exemple mise en service de la climatisation, la tension moyenne VMbat chute consécutivement et l'écart Ebat avec la tension normale Vs se creuse. La deuxième grandeur statistique EMbat augmente ce qui provoque une élévation du régime de rotation ralenti Rral du moteur. Ainsi l'alternateur 12 est à même de produire plus de courant électrique et de compenser la consommation d'électricité. Le relèvement du régime de rotation du moteur au ralenti permet ainsi de soulager la batterie 3.
[0040] La remontée de la tension liée à l'augmentation du régime provoque une diminution de l'écart Ebat et donc un arrêt progressif de l'augmentation du régime de rotation.
[0041] L'arrêt des consommateurs électriques provoque une forte remontée de la tension batterie Vbat et par la même, la remontée de la tension moyenne VMbat. L'écart entre la tension normale et la tension moyenne devient alors largement positif, ce qui provoque une décroissance rapide du régime de rotation ralenti. Comme précédemment le fonctionnement du système est régulé.
[0042] L'utilisation de deux constantes de filtrage distinctes pour l'élaboration de EMbat suivant le signe de l'écart Ebat, permet de diminuer très rapidement le régime de rotation du moteur pour atteindre le régime de fonctionnement nominal dès lors que la demande d'électricité a cessé, alors que la montée en régime peut, elle, s'effectuer plus progressivement.
[0043] Ainsi grâce au procédé suivant l'invention, il est possible de répondre à un accroissement de la consommation électrique du véhicule, sans augmenter la classe de l'alternateur ou décharger la batterie.
[0044] Pour ce qui est de la mise en oeuvre du procédé de commande du régime ralenti, elle peut être réalisée sous diverses formes :
- soit avec des composants d'électronique analogique pour lesquels les sommateurs, comparateurs et autres filtres sont réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels ;
- soit avec des composants d'électronique numérique qui réaliseraient la fonction en logique câblée ;
- soit par un algorithme de traitement du signal implanté sous forme d'un module logiciel composant d'un système logiciel de contrôle moteur faisant fonctionner le mirocontrôleur d'un calculateur électronique.
- soit encore, par une puce spécifique (custom) dont les ressources matérielles et logicielles auront été optimisées pour réaliser les fonctions objet de l'invention : puce microprogrammable ou non, encapsulée séparément ou bien tout ou partie d'un coprocesseur implanté dans un microcontrôleur ou microprocesseur etc.
(a) mesurer périodiquement la valeur Vbat_i de la tension batterie (Vbat) ;
(b) calculer à chaque nouvelle valeur Vbat_i de la tension batterie (Vbat) ainsi mesurée, la valeur VMbat_i d'une première grandeur statistique (VMbat) représentative de la moyenne des valeurs de la tension batterie sur un horizon donné de valeurs mesurées ;
(c) calculer pour chaque valeur VMbat_i ainsi obtenue de ladite première grandeur statistique (VMbat), l'écart Ebat_i de cette valeur à une valeur de seuil prédéterminée Vs ;
(d) calculer la valeur EMbat_i d'une seconde grandeur statistique (EMbat) représentative
de la moyenne des écarts Ebat_i entre ladite première grandeur statistique (VMbat)
et ladite valeur de seuil Vs, ladite valeur EMbat_i étant calculé selon la formule
suivante :
si Ebat_i > 0 (où Ebat_i = VMbat_i - Vs) alors :
et si Ebat_i < 0 alors :
où F2 et F3 sont deux constantes et où EMbat_0 = 0 ;
(e) associer à chaque valeur EMbat_i de ladite seconde grandeur statistique (EMbat) une valeur correspondante Rral_i du régime de rotation du moteur ;
(f) commander les moyens de réglage (4) du régime ralenti de façon à faire coïncider à chaque instant, le régime de rotation ralenti dudit moteur (1) avec ladite valeur Rral_i de rotation du moteur déduite de la valeur EMbat_i de ladite seconde grandeur statistique (EMbat).
où F1 est une constante de filtrage et où VMbat_0 = 0.
(a) periodisches Messen des Wertes Vbat_i der Batteriespannung (Vbat);
(b) Berechnen bei jedem neuen Wert Vbat_i der so gemessenen Batteriespannung (Vbat) eines Wertes VMbat_i einer ersten statistischen Größe (VMbat), der den Mittelwert der Batteriespannung in Bezug auf einen gegebenen Horizont der gemessenen Werte darstellt;
(c) Berechnen für jeden derart erhaltenen Wert VMbat_i der ersten statistischen Größe des Abstandes Ebat_i dieses Wertes von einem vorgegebenen Schwellwert Vs;
(d) Berechnen eines Wertes EMbat_i einer zweiten statistischen Größe (EMbat), die
den Mittelwert der Abstände Ebat_i zwischen der ersten statistischen Größe (VMbat)
und dem Schwellwert Vs darstellt, wobei der Wert EMbat_i gemäß der folgenden Formel
berechnet wird: ist Ebat_i > 0 (mit Ebat_i = VMbat_i - Vs), so gilt:
und ist Ebat_i < 0, so gilt:
wobei F2 und F3 zwei Konstanten sind und wobei EMbat_0 = 0 ist;
(e) Zuordnen eines der Drehzahl des Motors entsprechenden Wertes Rral_i zu jedem Wert EMbat_i der zweiten statistischen Größe (EMbat);
(f) Steuern der Regleranordnung (4) für den Leerlauf, dergestalt, dass zu jedem Zeitpunkt die Leerlaufdrehzahl des Motors (1) mit dem Wert Rral_i der Motordrehzahl zusammenfällt, der vom Wert EMbat_i der zweiten statistischen Größe (EMbat) abgeleitet ist.
wobei F1 eine Filterkonstante und wobei VMbat_0 = 0 sind.
(a) periodically measuring the value Vbat_i of the battery voltage (Vbat);
(b) calculating at each new value Vbat_i of the battery voltage (Vbat) which is measured in that way, the value VMbat_i of a first statistical parameter (VMbat) representative of the mean of the values of the battery voltage on a given horizon of measured values;
(c) calculating for each value Vmbat_i which is obtained in that way of said first statistical parameter (VMbat) the divergence Ebat_i of said value in relation to a predetermined threshold value Vs;
(d) calculating the value EMbat_i of a second statistical parameter (EMbat) representative
of the mean of the divergences Ebat_i between said first statistical parameter (VMbat)
and said threshold value Vs, said value EMbat being calculated in accordance with
the following formula:
if Ebat_i > 0 (wherein Ebat_i = VMbat_i - Vs) then
and if Ebat_i < 0 then
wherein F2 and F3 are two constants and wherein EMbat_0 = 0;
(e) associating with each value EMbat_i of said second statistical parameter (EMbat) a corresponding value Rral_i of the speed of rotation of the engine; and
(f) controlling the means (4) for regulating the idle speed in such a way as to produce coincidence at each instant of the idle speed of rotation of said engine (1) with said value Rral_i of rotation of the engine which is deduced from the value EMbat_i of said second statistical parameter (EMbat).
wherein F1 is a filtering constant and wherein VMbat_0 = 0.