CA1252544A - Procede et dispositif de commande du debit d'air d'un moteur thermique au ralenti - Google Patents

Procede et dispositif de commande du debit d'air d'un moteur thermique au ralenti

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CA1252544A
CA1252544A CA000487208A CA487208A CA1252544A CA 1252544 A CA1252544 A CA 1252544A CA 000487208 A CA000487208 A CA 000487208A CA 487208 A CA487208 A CA 487208A CA 1252544 A CA1252544 A CA 1252544A
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Canada
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air flow
speed
engine
actuator
intake
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CA000487208A
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Remi Lefevre
Gerard Saint-Leger
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Regie Nationale des Usines Renault
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Regie Nationale des Usines Renault
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    • F02D31/00Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001Electric control of rotation speed
    • F02D31/002Electric control of rotation speed controlling air supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413Controller structures or design
    • F02D2041/1432Controller structures or design the system including a filter, e.g. a low pass or high pass filter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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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 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 minimale de ralenti. Le dispositif de commande pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte d'autre part un dispositif permettant de faire varier le débit d'air dans le conduit d'admission, un actionneur lié au dispositif permettant la variation du débit d'air pour commander ce dernier, un système asservi à l'actionneur introduisant une correction proportionnelle intégrale au signal d'entrée de l'actionneur, et un régulateur recevant un signal fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique et produisant un signal possédant une fonction de transfert du type: <IMG> lequel constitue le signal d'entrée du système asservi, p étant l'opérateur de Laplace, T et k étant des cons-. tantes. Ce système a l'avantage d'amélioler 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.

Description

S2~4 La présente invention a pour objet un procédé et un dispo-sitif de commande du débit d'air à l'admission d'un moteur ther-mique alimente par injection de carburant dans lequel le debit d'air es-t regule en fonction de la vitesse de rotation du mo-teur.
L'invention s'applique en particulier à la regulation du debit d'air au voisinage de la vitesse nominale de rotation au ralenti d'un moteur thermique de vehicule automobile.
On sait que le régime de ralenti d'un moteur thermique est principalement réglé par le débit d'air dans le conduit d'admis-sion. En reglant correctement la richesse et l'avance, on par~
vient à obtenir un regime stable en l'absence de perturbations extérieures au moteur thermique. Par contre, lorsqu'on demande au moteur thermique une puissance supplémentaire pour actionner par e~emple un élement 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.
On a déjà prévu pour retablir alors le régime de ralenti d'un tel moteur thermique d"ltiliser un actionneur capable de modifier le debit d'air dans la conduite d'admission. La commande de cet actionneur permet de conserver un régime de ralenti indé-pendant des conditions extérieures du moteur thermique et d'obte-nir un ralenti plus stable en compensant les petites variations inevitables sur un moteur. L'action sur le debit d'air peut être réalisee de differentes manières. C'est ainsi que l'on peut commander une vanne indépendante disposée en by pass sur le cir-cuit d'admission principal du moteur. On peut également agir directement sur le papillon relié à la commande d'accélerateur du véhicule.
Dans les dispositifs connus de ce type, la commande de l'action-neur peut donc etre assimilee à un asservissement du debit d'air à
l'admission au regime moteur ou vitesse de rotation du moteur ther-mique. On constate cependant dans la pratique des difficultes d'application, en particulier lors des phenomènes transitoires. Il est en effet difficile pour les régulations de type classique d'ef;fec-tuer une différence entre une action de stabilisation du ralenti et les phenomènes transitoires mal definis pouvant exister dans un ~ ~$

. . .
..

l~S25f~

moteur ther~lque. Il el~ e6t a~8i e~ p~rtic~lier lor~ dlu~e decel~ra~lun raplde d~t ~oteur thenniqu~ qui peut entr~ner un sou~-regime trop lmpor~an1:
du moteur ou me~e un c~lage ~ p1e~ a~sc a~et d~ c)teUr.
1~ presente inventlol~ a pour ob~et d~ame1iorer le ~onctionDement de la re~ul~tlon du deblt d'a~r ~ dm~ on, en ~r~io~ Yr lor~ dF~ phenailèn~
tre~nsltolre~ en apportant une ant lcipat~n dans 1~ t:aumande de 1 ' aot io~n~urd~ lR v~nne de regul~tion.
~e pr~cede de ~ommande du debl~ d~alr ~ 1~ad~s~10~ d'un ~oteur thennique alimeote par ~n~ection de carburant, ~elon 17 ~nvell~loo,~ dani lequelle dkblt d'R;lr e6t r~gule en fon~ti~ de la vltes~e ~e ~ro~a~lon du ~notRl~r, eDpartlc~l~er au voisinage de ~a vite~e ~omlnale de r~lentl, con~is~e ~
prendre c~nme valeur de conçligne d~ la re~u1~ti~, le ~e6ult~t dluu f~.ltrage effectu~ ~ur une graDdeur ll~e à la yaleur instan~all~e de 1~ vltes~e de rotatlon du ~noteur thenmique 6~1vl d'une mo~enDe ponderee entre 1~ valeur filtr~e ;lio6i obtenue et une f~ra~dour l~e ~ la ~i~e~se Damin~le de ralenti.
Le ~iltrage est d~ l)re~re~Ce e~'~ectu~ U~ sy~tem~ du pr~i~r o~drà
analogue ~ u~ ~lltre pa6se-ba~.
Le galn ~t la cca~stanta d~! tl~npB d~ ~y8t~e du premier t~rdre utillse p~ur le f lltrage ~ont dæ pr~f~ran~e ~hul~ de ~açon que la fon&tlon de tr~rl6~ert globale appo~te l~e a~rano~ de phase max~nal~ aux alen~o~lr~ de l~.
frequeùcc ~ nale dea os~lllgltiolls d~ eu1e à 6~51 vlte~e de ralentl.
L~lnvention ~er~ miell7c ccloprl~e ~ t~d~ d~ l~ descr~ption de~Laillee d'un exetnpl~ de re~lisati~n decri~ a tltre ~ llement linllta~lf ee lllu~;tre par 1e8 defl~lna a~ne~e~ aur le~quelB;
~' ln f i8ur~ 1 e~t u~l s~h~ onetio~ a-.:ly~x ~l~me~ d~m s~temé fl~e~vi ca~pre~nt le r~gulateur de l'inventloD;
la f ~ure 2 illustr~ c~rtalne~ courb~ permettan~ dP co~nprendre le fonctionu~nent dc 1~ InYenticm; at le6 fi~ure8 3 et 4 repr~B~s~tel~t re~pectiv~men~ m~dule et la phese de 1~ fonetion de tran~fert d'un exemple de rea~i~ation d~ xegul~teur uti1i6e d~ns la presente lnv~tion~
LQ r~gu1s.tion du deblt d'air ~ d~ ion d~n~ un n~oteu~ ~henniq~
n~ce~it~ llo~ ~ti~ conve~able~nt as8ervie ~r l~ir admi~ dan~ le hloteur thermlqt~e. Danfi le ca~ d~une r~gulatlon ~U maye~ d~e v~nne~ a~It donc d`ou~rr~r cette vanne lor~que 1~ reg~e ou vite6~e de ro~ion du ~nc)t~ur .
' .

:

3~5259~

ther~lque e~t tr~ ~alble e~ au ~ontraire de la fermer lor8que le re~im~ ou vlte6~3e de rnta~ion du moeeur ~hermlque e6~ ~rop eleve. P~r ef fectuer ~Ine regulation convP~able dan~ le e~ d~ul~ ph~naDa~e tr~n~l'coi~e, il ne ~uffit pll8 d~ouvrlr 1~ ~nt~e au-deg~ous du r~g~me de ralerlti, c~e~ dl~e eu-de~ou~ de la ~ ite~ nale d6! raleoti du ~oteur therm~que~ c~r l'ac~ion ~ur l'air à l'ad~is~ion intervlendr~t nlor$i t~op t~rd pcr~r eamp~er une chute r~pide de reg~ne du ~oteur th~nnique entra~ ev~n~uellement un arrêt bru~que du mot~ur . ~ r i ~ c Sur la figure 1 o~ ~ repreger~te ~ t~t~ d'el~emple de façon tr~~
sch~tlque u~ne Y~nne de canmaDde 1 eapable d'eg~r sur l'slr ~dml~ dan~ un ~notenr the~nlque t~on rep~e8en~e. Le ~iign~Ll de c~ande de la va~ne, referen~
V, e~t i~Ru d~uD ~;y~tem~ ;ervl reere~é 2 dans ~ion e~iem~le, effectuant à
partir du 6ignal d'entree 6, une correc~ion prop~rt~omlelle par l'org~ne 3 et une corre~tic~n lut~:~r~le par l'orga~e 40 i5 Dall~ un sy~3tème cla~slque, l~entre,e ~ d~l ~y~teme a6~ervi 2 ser~itconstltu~e par 1' ecart entre ulle grandeur P liee à la valeur ~3tantaaee de la vltes~e de rotaticm du moteur thenaique et utle gr~YIdeur R liee au regime de ralenti I~U vites~e d~ ro~atl~n n~nale du 3~0teur ther~ique au ralenti, cette valeur etan~ pred~ter~lnee p~ur Ull ~oteur thermique ~onnc.
~0 Selon l'lnventio~, cet ecart e ~ P - R, est tout dlabord soumls ~ unetransfo~atlon danY 1~ regul~eur 5. ~n d'autre~ ter~e6. la ccmms~lde de 1~
vanne 1 n'est ps~ reali6ee en prenan~ direc~e~ent eanne ~raleur de conslgne le reglme de ~lenti con~tant ~ouhal~é li~: ~ la ~rande~r R, m~ u contraire, à
p~rtir d'un regi~ne de con~igne ficti~ varisble et d~p~ndant du regime ln~ n~
~an~.
Le r~g~ teur selon 1~ l~vention c~prend l~ne pre~ère br~llebe 6 munle d'uù o~ane 7 ~e c~portant ~c~me ~n sys~eme du premier ordre et dtuù o~gane 8 pr oport ~ onnel ~
On vs m~ enent, ~ ti~re d'ex~mple, pr~el~e~ l'actlon d~ diffe~ente cr~oe~a du ~y~te~ne de 1~ inv~nti~n dan~ le ca~ o~ lee g~nd~urfi m~ur~es liee-4 JIUX vale~l~fi de~ vi~e~6e6 de rotati~n du ~Do~eur ~her~lqu~ 60nt des p~r~odel3,~est-~-dlre l'inverse de~ ~e~imes ~u ~flte~;6e~; de rot~tlon.
D~n~ ce6 conditlon~, le r~gl~e ln6tantan~ d~ moteur e~t repr~ente par la valel~r de la p~riode ln~t~nt~nee P. Le ~gime d~ raleQti~ e~t une ~ t~nte, e~t repx~6ente psr 1~ de di~ r~lentiR. :

.: ~

~25~59L4 Selo~ l'lnvention~ on effectue tOUt d~abord u~ filtr~ge de la periade ln6tantanee P de fa~o~ 8 obtenlr une v~leur f ll~ree P' . Ce f iltrage eE~e effectue par le ays~eme de premier ordre 7 dont l'entree P e~t llee ~ la ~ortle P~ par l'equa~ian differentielle du ~re~er de8r~:
P P I ~P T dP
dt D8n6 le cas du ~e~3ulRteur d~ 1~ fl~re 1, ~'entree du f:(ltre 7 e~t l~ec~t P - R. 1~ r~i60n d~, fa;i~ que 1~ p~rl~de ~e r~lent~ t con~tante, la 60rtie du f ~ltre 7 eBt danc P' - R.
Selon l'inventio~, la vale~ de consig~le cho~s~ pour l'a~3f3en~ elDen~
de 1~ vaODe de c~ma~lde 1 e6t une p~ri~de de conRigne C qui e~ con~ltu~e p~r la moyenne po~der~e entre la val~ur ~il tree de la p~lcde ~nsS~nt~nee P~
ct la p~lode de rAlentl R. ~ette valeur de ~on6igne e6t dor~e choi61e par d~lnit~on de la ~nl~re ~ulv~nte:
C ~ I~P' ~ R) R
I)~D6 ce6 condltlo~ 8~gn81 d~eotr~e ~ de l~a~sen~issement 2 qui e~t l~cnrt entr~ la p~ricd~ lns~ntan~ P et 1A p~riode de confil~ne C est obtenu ~ -par 1~ equation ~uivante P - C - P - R - K tP' -- R) Cette e~uation peut ee lire: ~ ~ e - Ke eo adoptant le~i &ymbole6 f!i~ur~nt ~ur l~ f~ure 1 ~ù e represente le ~ignal d'entr~e du regul~te~lr 5, e' repr~sente l~ 80rtie du f~ltre 7 et ~ repre~ente la sortle du re~u1at~ur 5~
D~n~ ces condlt~on6 et ~elon l~lnverlt10~, le ~ l'en~r~e du ~5 r~gulateu~ 5 eBt 80umi~ da~6 nns preuliere br~nche ~ premier ~ lltra~e 7 ~ournis~nt le sig~ iltr~ e~ qul est ensuite 60uD~ a un orgs~e p7~0por~ :
t~o~llel 8 ~d8 coeff~ nt K. Læ ~e~e si~;nal d!~nt~ee e est soumi~ dan6 ~
dcu~l~ branche ~ du ~glllateur 5 a l'action dtun org~me prnp~rtiorm~l 10 de~:
~; co~f~ nt l. La 80rtic de la premie~e br~ he 6 e~ ~ou~t~ite ~e la ~rti~
de l~ deu~lame ~ranche 9 de f~çon à fo~irnir le ~$nal de ~o~tle ~n vQlt que la ~onctlon de traDsfert du ~s~t~lateur 5 eat de 1~ Eor~e t"
La fonction de tra~lsfert de l~as&ervi~6e~eslt 2 placA en a~al et erl ~e~i~ du regulateur S est de la for~
3S :,. $2 ~ ~ KP ~ P

. _ .
. _ _ .~ .
.

S~4 - -oi~ l;p a~t le coef~lclent de l'organe pr~portio~nel 3, tandl~ que Kl e~;t le coeff lclent de 1' or~ane lnte~ral 4~ L~ fs)llction de trAnsf~rt ~lob~l du ~y~-t~m~ t alor~ s~ ~crlre:
K (Kp S ' l~l`p P
t)D 6e reportera ma~nten~nt a ~ i$ure 2 sllr laqllelle ~n a repre~;ente e~
ordol~Dee~; les v~leur~ de~ vl~eliseF~ de rot~tlon ln~ nlanees N s~un moteur t~erml~lue, e~aat-~-d~re le~ v~leur~; ~nversea de8 periode~ P et eQ abacis6e~
le 2emps ~. Dans le c~ d~url ph~naDene tr~n~tolre ulateriAll~;e par tlDe dece-lU leratlorl rap~te du s~gime du moteu~ the~ ue vialble f~ur la c~urbe refe-rencee 1~, on voit que dan~ uu ~se;e~vlRse~eut d~ ~ype el~ e, la vanne dQ
com~ande d~a~mis~on d~ir seral~ ouverte au t~mp6 t2 lor~que le reg~
inst~nt~ne N de~ient ~gal a~ im~ de rAlentl NR enn~t~t et prede~er~l~e (inter~ection B de~ cour~6 ~ ~ NR)~ .
~5 Selon l'inven~19 lc re8i~e in~un~an~ N e~t filtr~ de ~on a obtenir ~n re8ime filtr~ N' v~riable dont l'evolueion est repre~e~tee ~u~ 1~ courb~
de la fi~ure 2 refere~e N~. 0~ tr~sfor~e encore la valeur ~ ree eP
effec~ua~t la ~cgen~e po~deree qui a ~t~ explieltee pre~edemment de fa~on a obtenir une valeur de con~igne pour le reg~e du moteur dont l'evoluti~n est repre~entee par 1~ cvurbe refere~cee Nc C~e~t ~tte v~leur de consigne qul est ut~ ee co~me entree du ~ster~ ~servl, OAn~ ces cond~tion~ uotion ~ur la vanne de com~nde int~rvient au temp~ tl, r'e~t-a dlre au ~omen~ o`u l~ecQrt entre 1~ v~leur de con~i~ne ~c et 1~ ur ln~ta~a~ee N ~6t nul, 8U
point A~
~5 ~'lnvention penmee donc d'ant-lciper l~actio~ sur 1N ~om~nde de lavAnne, ~vitant ~insi en cn~ de chute ~apld~ du ~e~lme in~t~nt~e du ~ote~lr thenmique, que le moteur ne ~'Arrete brut~le~q~t, ``
Dan~ un a~er~i~6ement ~e t~pe cla~æique~ le signal d~e~r~e e~t c~n~-tlt~ par l'~cart e~tre le r~glme ln tantane ~N ou P~ e~ le re~i~e de ralentl (NR ou R) t~ndi~ que selon l~lnve~tio~, la valeur de. ~sig~e e~t constltuee :~
pAr la Bortle ~ d~l re~ teur 5, c~st~~-dire la d~ff8renoe en~re le regil~e de cons~ene Nc ou ~a periode C et le r~gim~ d~ r~lenti (~R ~n On ~ ùstr~ ~ titre ~exe~ple le~ ~epon~e~ f~eguentlellçs en a~plitud~
et en pha~e ~u re~ul~teur 5 te la fig~re 1. La flgu~ 3 rep~e~ente les varla-ti~ du mo~ule ou r~pport d'a~pllt~de~ du ~gn~l de ~orti~ au ~ignal d~e~-: tsee exprlm~a en déclbel~ en fonct~n de 1~ pul&a~i~n e~prlmee e~ He~tz : ' ~

:a252~

et ~epr~6entee cur une ~ehelle lo~ arl~ que, Sl 1~ on de~lr~ attenuer ln dlminution de gnin au vol~inage de6 b~se~ fr~quence~, 11 est pD~sible d'a~l~
sur le6 Gar~cteri~t:ique~ de l'a~3ser~ n~ Z9 p~r e~e~ple par u~e aug-ulentation d~l ~erme Integr~
' 1.~ re 4 r~pr~6,~te led ~ ri~iong de la ~hu6c e:~prlmee e~ degreli; en fonction de 1~ pu~tlon exprim~e e~ ~er~z ~ur une echelle logarlth~ique~
Canme on peut le Yoir~ le re~ulateur de 1~ inventlon ~ppor~te lme ~vance de pha6e avec un maxlmu~ qul ~e gltue nnx ~'~eD~ours de 0.7 ~ 0,8 ~, DnnR ce~
canditions, l'a~t~nc~ de phase ~a~i2ale se trcuve a~ Al~ntou~; de 1~
frequenee ~axlmale des oscill~tion~ du ~qoteu~ a sa ~te~e de rlllelltl qui e~t en general de l'ordre de 0,5 à 1 ~
En def initlve c 1~ ~dJ onct ion du re~;ulateur de 1~ ~ven~ pe nnet d ' ag lr sur l~a~erv~;6elDent et p~r e~emple d'ouvrir la vanne d~ camm~nde d~adml~ion d'nir dan~ le moteuI~ the~mlque en r~gi~ tran~itolrey par e:~emple dan~ le ca6 i5 dlune d~celeration à vide avallt que le re~lme du n~oteur the~nique ~ol~ `-lnferi~ur au re~lme du rAlent~.

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privi-lège est revendique, sont définies comme il suit:
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 du moteur, caractérisé en ce que l'on effectue un filtrage sur une grandeur liée à la valeur instantanée de la vitesse de rotation du moteur de façon à obtenir une valeur filtrée;
l'on obtient une moyenne pondérée entre la valeur filtrée et une grandeur liée à la vitesse nominale de ralenti du moteur;
l'on détermine une valeur de consigne de régulation à partir du résultat obtenu de la moyenne pondérée.
2. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé par le fait que le filtrage est effectué par un système du premier ordre.
3. Procédé selon la revendication 2, caracté-risé 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 selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la vitesse de rotation du moteur se situe au voisinage de la vitesse nominale de ralenti du moteur.
5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la régulation est du type proportionnel-intégral.
6. Dispositif de commande du débit d'air dans un conduit d'admission d'un moteur thermique alimenté par injection de carburant, comprenant:
un moyen de variation du débit d'air dans le conduit d'admission;
un moyen actionneur lié audit moyen de variation pour commander ce dernier;
un système asservi lié audit moyen actionneur, ledit système asservi introduisant une correction propor-tionnelle-intégrale au signal d'entrée du moyen action neur;
un régulateur recevant un signal fonction de la vitesse de rotation du moteur thermique et produisant un signal possédant une fonction de transfert du type:

? = , lequel constitue le signal d'entrée du système asservi, p étant l'opérateur de Laplace, T et k étant des constantes.
CA000487208A 1984-07-23 1985-07-22 Procede et dispositif de commande du debit d'air d'un moteur thermique au ralenti Expired CA1252544A (fr)

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EP (1) EP0170574B1 (fr)
JP (1) JPH0759906B2 (fr)
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DE (1) DE3564983D1 (fr)
FR (1) FR2567961B1 (fr)

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