Procédé et dispositif de commande du débit d'air d'un moteur thermique au ralenti

Abstract

 Procédé de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant, le débit d'air étant réant régulé en fonction de la vitesse de rotation du moteur, notamment au voisinage de sa vitesse nominale-de ralenti; caractérisé par le fair que la valeur de consigne de la régulation est constituée par le résultat d'un filtrage (7) effectué sur une grandeur (P) liée à la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur, suivi d'une moyenne pondérée (6,9) entre la valeur filtrée (e') et une grandeur (R) liée à la vitesse minimale de ralenti.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant dans lequel le débit d'air est régulé en fonction de la vitesse de rotation du moteur. L'invention s'applique en particulier à la régulation du débit d'air au voisinage de la vitesse nominale de rotation au ralenti d'un moteur thermique de véhicule automobile.

[0002] On sait que le régime de ralenti d'un moteur thermique est principalement réglé par le débit d'air dans le conduit d'admission. En règlant correctement la richesse et l'avance, on parvient à obtenir un régime stable en l'absence de perturbations extérieures au moteur thermique. Par contre, lorsqu'on demande au moteur thermique une puissance supplémentaire pour , actionner par exemple un élément périphérique tel qu'une direction assistée ou un autre organe, l'équilibre du ralenti se trouve perturbé et le réglage statique du régime ne peut compenser la variation de charge imposée.

[0003] On a déjà prévu pour rétablir alors le régime de ralenti d'un tel moteur thermique d'utiliser un actionneur capable de modifier le débit d'air dans la conduite d'admission. La commande de cet actionneur permet de conserver un régime de ralenti indépendant des conditions extérieures du moteur thermique et d'obtenir un ralenti plus stable en compensant les petites variations_' inévitables sur un moteur.

[0004] L'action sur le débit d'air peut être réalisée de différentes manières. C'est ainsi que l'on peut commander une vanne indépendante disposée en by-pass sur le circuit d'admission principal du moteur. On peut également agir directerent sur le papillon relié à la commande d'accélérateur du véhicule.

[0005] Dans les dispositifs connus de ce type, la commande de l'actionneur peut donc être assimilée à un asservissement du débit d'air à l'admission au régime moteur ou vitesse de rotation du moteur thermique. On constate cependant dans la pratique des difficultés d'application, en particulier lors des phénomènes transitoires. Il en effet difficile pour les régulations de type classique d'effectuer une différence entre une action de stabilisation du ralenti et les phénomènes transitoires mal définis pouvant exister dans un moteur thermique. Il en est ainsi en particulier lors d'une décélération rapide du moteur thermique qui peut entraîner un sous-régime trop important du moteur ou même un calage complet avec arrêt du moteur.

[0006] La présente invention a pour objet d'améliorer le fonctionnement de la régulation du débit d'air à l'admission, en particulier lors des phénomènes transitoires en apportant une anticipation dans la commande de l'actionneur de la vanne de régulation.

[0007] Le procédé de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant, selon l'invention, dans lequel le débit d'air est régulé en fonction de la vitesse de rotation du moteur, en particulier au voisinage de sa vitesse nominale de ralenti, consiste à prendre comme valeur de consigne de la régulation, le résultat d'un filtrage effectué sur une grandeur liée à la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur thermique suivi d'une moyenne pondérée entre la valeur filtrée ainsi obtenue et une grandeur liée à la vitesse nominale de ralenti.

[0008] Le filtrage est de préférence effectué par un système du premier ordre analogue à un filtre passe-bas.

[0009] Le gain et la constante de temps du système du premier ordre utilisé pour le filtrage sont de préférence choisis de façon que la fonction de transfert globale apporte une avance de phase maximale aux alentours de la fréquence maximale des oscillations du moteur à sa vitesse de ralenti.

[0010] L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un exemple de réalisation décrit à titre nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est un schéma fonctionnel des principaux éléments d'un système asservi comprenant le régulateur de l'invention;

là figure 2 illustre certaines courbes permettant de comprendre le fonctionnement de l'invention; et

les figures 3 et 4 représentent respectivement le module et la phase de la fonction de transfert d'un exemple de réalisation du régulateur utilisé dans la présente invention.

[0011] La régulation du débit d'air à l'admission dans un moteur thermique nécessite une action convenablement asservie sur l'air admis dans le moteur thermique. Dans le cas d'une régulation au moyen d'une vanne, il s'agit donc d'ouvrir cette vanne lorsque le régime ou vitesse de rotation du moteur thermique est trop faible et au contraire de la fermer lorsque le régime ou vitesse de rotation du moteur thermique est trop élevé. Pour effectuer une régulation convenable dans le cas d'un phénomène transitoire, il ne suffit pas d'ouvrir la vanne au-dessous du régime de ralenti, c'est-à-dire au-dessous de la vitesse nominale de ralenti du moteur thermique, car l'action sur l'air à l'admission interviendrait alors trop tard pour compenser une chute rapide de régime du moteur thermique entraînant éventuellement un arrêt brusque du moteur.

[0012] Sur la figure on a représenté à titre d'exemple de façon très schématique une vanne de commande 1 capable d'agir sur l'air admis dans un moteur thermique non représenté. Le signal de commande de la vanne, référencé V, est issu d'un système asservi référencé 2 dans son ensemble, effectuant à partir du signal d'entrée s, une correction proportionnelle par l'organe 3 et une correction intégrale par l'organe 4.

[0013] Dans un système classique, l'entrée s du système asservi 2 serait constituée par l'écart entre une grandeur P liée à la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur thermique et une grandeur R liée au régime de ralenti ou vitesse de rotation nominale du moteur thermique au ralenti, cette valeur étant prédéterminée pour un moteur thermique donné.

[0014] Selon l'invention, cet écart e - P - R, est tout d'abord soumis à une transformation dans le régulateur 5. En d'autres termes, la commande de la vanne 1 n'est pas réalisée en prenant directement comme valeur de consigne le régime de ralenti constant souhaité lié à la grandeur R, mais au contraire, a partir d'un régime de consigne fictif variable et dépendant du régime instantané.

[0015] Le régulateur selon l'invention comprend une première branche 6 munie d'un organe 7 se comportant comme un système du premier ordre et d'un organe 8 proportionnel.

[0016] On va maintenant, à titre d'exemple, préciser l'action des différents organes du système de l'invention dans le cas où les grandeurs mesurées liées aux valeurs des vitesses de rotation du moteur thermique sont des périodes, c'est-à-dire l'inverse des régimes ou vitesses de rotation.

[0017] Dans ces conditions, le régime instantané du moteur est représenté par la valeur de la période instantanée P. Le régime de ralenti, qui est une constante, est représenté par la période du ralenti R.

[0018] Selon l'invention, on effectue tout d'abord un filtrage de la période instantanée P de façon à obtenir une valeur filtrée P'. Ce filtrage est effectué par le système de premier ordre 7 dont l'entrée P est liée à la sortie P' par l'équation différentielle du premier degré :

[0019] Dans le cas du régulateur de la figure 1, l'entrée du filtre 7 est l'écart P - R. En raison du fait que la période de ralenti R est constante, la sortie du filtre 7 est donc P' - R.

[0020] Selon l'invention, la valeur de consigne choisie pour l'asservissement de la vanne de commande 1 est une période de consigne C qui est constituée par la moyenne pondérée entre la valeur filtrée de la période instantanée P' et la période de ralenti R. Cette valeur de consigne est donc choisie par définition de la manière suivante :

[0021] Dans ces conditions, le signal d'entrée s de l'asservissement 2 qui est l'écart entre la période instantanée P et la période de consigne C est obtenu par l'équation suivante :
p - C = P - R - K (P' - R)
Cette équation peut se lire : s = e - Ké en adoptant les symboles figurant sur la figure 1 où e représente le signal d'entrée du régulateur 5, e' représente la sortie du filtre 7 et s représente la sortie du régulateur 5.

[0022] Dans ces conditions et selon l'invention, le signal e à l'entrée du régulateur 5 est soumis dans une première branche à un premier filtrage 7 fournissant le signal filtré e' qui est ensuite soumis à un organe proportionnel 8 de coefficient K. Le même signal d'entrée e est soumis dans la deuxième branche 9 du régulateur 5 à l'action d'un organe proportionnel 10 de coefficient 1. La sortie de la première branche 6 est soustraite de la sortie de la deuxième branche 9 de façon à fournir le signal de sortie s.

[0023] On voit que la fonction de transfert du régulateur 5 est de la forme :


La fonction de transfert de l'asservissement 2 placé en aval et en série du régulateur 5 est de la forme :

[0024] où K est le coefficient de l'organe proportionnel 3, tandis que K_i est le coefficient de l'organe intégral 4. La fonction de transfert global du système peut alors s'écrire

[0025] On se reportera maintenant à la figure 2 sur laquelle on a représenté en ordonnées les valeurs des vitesses de rotation instantanées N d'un moteur thermique, c'est-à-dire les valeurs inverses des périodes P et en abscisses le temps t. Dans le cas d'un phénomène transitoire matérialisé par une décélération rapide du régime du moteur thermique visible sur la courbe référencée N, on voit que dans un asservissement de type classique, la vanne de commande d'admission d'air serait ouverte au temps t₂ lorsque le régime instantané N devient égal au régime de ralenti N_R constant et prédéterminé (intersection B des courbes N et N_R).

[0026] Selon l'invention, le régime instantané N est filtré de façon à obtenir un régime filtré N' variable dont l'évolution est représentée sur la courbe de la figure 2 référencée N'. On transforme encore la valeur filtrée en effectuant la moyenne pondérée qui a été explicitée précédemment de façon à obtenir une valeur de consigne pour le régime du moteur dont l'évolution est représentée par la courbe référencée N_c. C'est cette valeur de consigne qui est utilisée comme entrée du système asservi. Dans ces conditions, l'action sur la vanne de commande intervient au temps t₁, c'est-à-dire au moment où l'écart entre la valeur de consigne N et la valeur instantanée N est nul, au point A.

[0027] L'invention permet donc d'anticiper l'action sur la commande de la vanne, évitant ainsi en cas de chute rapide du régime instantané du moteur thermique, que le moteur ne s'arrête brutalement.

[0028] Dans un asservissement de type classique, le signal d'entrée est constitué par l'écart entre le régime instantané (N ou P) et le régime de ralenti (N_R ou R) tandis que selon l'invention, la valeur de consigne est constituée par la sortie s du régulateur 5, c'est-à-dire la différence entre le régime de consigne N_c ou sa période C et le régime de ralenti (N_R ou R).

[0029] On a illustré à titre d'exemple les réponses fréquentielles en amplitude et en phase du régulateur 5 de la figure 1. La figure 3 représente les variations du module ou rapport d'amplitudes du signal de sortie au signal d'entrée exprimées en décibels en fonction de la pulsation exprimée en Hertz et représentée sur une échelle logarithmique. Si l'on désire atténuer la diminution de gain au voisinage des basses fréquences, il est possible d'agir sur les caractéristiques de l'asservissement 2, par exemple par une augmentation du terme intégral K_i.

[0030] La figure 4 représente les variations de la phase exprimée en degrés en fonction de la pulsation exprimée en Hertz sur une échelle logarithmique. Comme on peut le voir, le régulateur de l'invention apporte une avance de phase avec un maximum qui se situe aux alentours de 0,7 à 0,8 Hz. Dans ces conditions, l'avance de phase maximale se trouve aux alentours de la fréquence maximale des oscillations du moteur à sa vitesse de ralenti qui est en général de l'ordre de 0,5 à 1 Hz.

[0031] En définitive, l'adjonction du régulateur de l'invention permet d'agir sur l'asservissement et par exemple d'ouvrir la vanne de commande d'admission d'air dans le moteur thermique en régime transitoire, par exemple dans le cas d'une décélération à vide avant que le régime du moteur thermique soit inférieur au régime du ralenti.

Revendications

1. Procédé de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant, le débit d'air étant régulé en fonction de la vitesse de rotation du moteur, notamment au voisinage de sa vitesse nominale de ralenti, caractérisé par le fait que la valeur de consigne de la régulation est constituée par le résultat d'un filtrage effectué sur une grandeur liée à la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur, suivi d'une moyenne pondérée entre la valeur filtrée et une grandeur liée à la vitesse nominale de ralenti.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filtrage est effectué par un système du premier ordre.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le gain et la constante de temps du système du premier ordre sont choisis de façon que la fonction de transfert globale apporte une avance de phase maximale aux alentours de la fréquence maximale des oscillations du moteur thermique à sa vitesse de ralenti.

4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la régulation est du type proportionnel-intégral.

5. Dispositif de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un . moyen de variation du débit d'air dans le conduit d'admission, un actionneur lié audit moyen de variation et un système asservi introduisant une correction proportionnelle-intégrale au signal d'entrée de l'actionneur, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un régulateur placé en amont du système asservi, recevant un signal fonction de la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur thermique et possédant une fonction de transfert du type :

Dessins