EP0227536A1 - Dispositif de régulation de moteur à combustion, et procédé d'utilisation d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de régulation de moteur à combustion, et procédé d'utilisation d'un tel dispositif Download PDF

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EP0227536A1
EP0227536A1 EP86402698A EP86402698A EP0227536A1 EP 0227536 A1 EP0227536 A1 EP 0227536A1 EP 86402698 A EP86402698 A EP 86402698A EP 86402698 A EP86402698 A EP 86402698A EP 0227536 A1 EP0227536 A1 EP 0227536A1
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EP
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parameters
regulation
regulator
different
regulated
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Withdrawn
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EP86402698A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christian Menard
Jean-Jacques Meuleman
Daniel Marouby
Eric Faouen
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Cimsa Sintra SA
Original Assignee
Cimsa Sintra SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections

Definitions

  • the present invention relates to the regulation of combustion engines.
  • a combustion engine for example petrol or diesel. can be considered a complex system whose operation is governed by a certain number of parameters. such as air flow. diesel flow. air temperature. air pressure. motor speed. power ... etc.
  • the subject of the present invention is a regulation device making it possible to carry out different types of regulation taking into account the interactions between the different parameters, and thus to maintain the engine at all times in an optimal operating state, hence in particular an optimal efficiency. and an improved lifespan.
  • the regulation of a motor 1 is carried out by means of three regulation loops allowing one to achieve a power regulation, another a speed regulation and another a richness regulation.
  • the device according to the invention also comprises a regulator 5 which is common to all of the regulation loops and which makes it possible to carry out different types of regulation taking into account the interactions between the different parameters.
  • This regulator 5 receives the output signals from the various comparison bodies 4 i , 4 2 , 4 3 , as well as the signals from sensors 3 4 and 3 5 for example making it possible to ensure the acquisition of certain parameters which cannot be regulated by this device, such as temperature and pressure, and delivers the input signals of the various actuators.
  • comparators 4 , 4 2 and 4 3 there are also provided, between the three comparators 4 ,, 4 2 and 4 3 , and the regulator 5, a set of three other comparators. respectively 7 1 , 7 2 , 7 3 . allowing the parameters relating to each of the control loops, namely power, speed and richness, to be compared with three extreme values called respectively power stop, speed stop and richness stop, so as to ensure the operation of the motor below of these extreme values.
  • a module 10 carries out the acquisitions of the different setpoints or commands, their processing and filtering to make them usable by the comparators and the regulator.
  • the respective setpoint weighting operations are also carried out, and this according to the parameters recorded by the man-machine interface 9.
  • the assembly formed by this module 10 by the various comparators and by the regulator is in fact constituted by a computer 8 which is programmed in a manner which will be described later. in relation to FIGS. 3 and 4, to carry out different types of regulation such as those described now. for example. in relation to Figures 2a to 2e. the selection between these different types of regulation being carried out by the operator by means of a man-machine interface 9 which communicates with the computer 8.
  • the device according to the invention allows, for example, the realization of speed regulation. of wealth. of power, either independently. either in combination, simultaneously or separately.
  • the position of the speed actuator "PAV”, can thus be written in the form of a certain function the speed setpoint C v and the other parameters Pi: with i variable from 1 to n, where n is the number of parameters governing the operation of the motor: - carrying out power regulation: the regulator generates a power actuator control law as a function of the power setpoint , such as that shown by way of example in FIG. 2b.
  • the other parameters can lead to corrections.
  • the regulator implements a single type of regulation at a given instant, but this type of regulation can change over time, as a function of a criterion which is the value of the setpoint. For example, if the setpoint (for example the speed setpoint) is less than a threshold value Cvs, the regulator provides richness type regulation for example, which can be expressed in the form of a certain function of the speed reference Cv and other parameters and if this setpoint is less than the threshold value Cvs, the regulator provides for example speed-type regulation, which can be expressed in the form of a certain function the speed reference Cv and other parameters may be functions different from functions defined above.
  • the regulator implements several types of regulation at a given time (for example speed, power and richness), each of which can be expressed in the form of a certain function of the corresponding setpoint and all or part of all of the other parameters, adjustable or not, regulated or not:
  • the general flowchart of operation of the regulator begins with the introduction of data by the operator: in particular the type of regulation desired (namely independent, or combined regulations, and for the case of combined regulations, separately or simultaneously, as defined above), and associated setpoint values.
  • the regulator then proceeds to acquire tion of the various parameters of the system, via the various sensors.
  • the regulator checks the validity of the data entered by the operator. in order to verify that they are indeed compatible with the current state of the various parameters of the system and do not in particular entail operation in a critical zone.
  • the computer 8 also makes it possible to systematically store the various parameters governing the operation of the engine. and a control of their evolution over time thus ensuring a predictive diagnosis of failures.
  • each regulation loop relating to a given parameter comprises a setpoint input member, a comparator, an actuator and a sensor, all relating to the parameter considered. More generally. there can be an interaction between the different parameters, not only with regard to the elaboration of the law of regulation of each of the parameters, as we saw previously, but also with regard to the very constitution of each of the regulation loops. in the sense that each of them can comprise several setpoint input members. several comparators. several actuators and several comparators. related to different parameters. which allows to change a given parameter. according to the desired regulatory law. by action on different parameters. and measurement and comparison of different parameters with corresponding set values.
  • the device according to the invention thus makes it possible to establish according to optimal control laws. monovariable or multivariable input-output type regulations. related to the parameters governing engine operation.

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Abstract

Ce dispositif de régulation de moteur à combustion (1) dont le fonctionnement est régi par un ensemble de paramètres Pi (1≦ i ≦ n), comporte essentiellement un ensemble de "m boucles de régulation (21. 31. 32. 33. 41. 61) permettant de réguler 'm' paramètres (avec m ≦ n). un ensemble de "q" capteurs (34. 3s) (avec q = n-m) permettant de mesurer les paramètres éventuellement non régulés et un régulateur (5. 8) commun à l'ensemble de ces "m" boucles. permettant. à partir des différentes consignes et des valeurs relevées par les différents capteurs, d'élaborer un signal de commande des différents actionneurs de façon à assurer I évolution de chacun des paramètres régulés. en liaison avec I évolution de tout ou partie des autres paramètres. régulables ou non. régulés ou non. et à maintenir ainsi à chaque instant le moteur dans un état de fonctionnement optimal.
Application à la régulation de moteurs.

Description

  • La présente invention se rapporte à la régulation des moteurs à combustion.
  • Un moteur à combustion, par exemple essence ou diesel. peut être considéré comme un système complexe dont le fonctionnement est régi par un certain nombre de paramètres. tels que débit d air. débit de gas-oil. température d'air. pression d'air. vitesse du moteur. puissance ... etc.
  • Les dispositifs de régulation actuels sont généralement prévus pour assurer soit une fonction de régulation unique, telle que régulation de vitesse, ou régulation de débit, ou régulation de richesse ... etc, soit plusieurs fonctions de régulation, mais de façon totalement indépendante.
  • Ces dispositifs présentent l'inconvénient de faire évoluer chacun des paramètres de façon totalement indépendante des autres. Or ces différents paramètres interagissent les uns avec les autres, et ceci d'autant plus étroitement que le moteur est complexe et défini par un grand nombre de paramètres.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de régulation permettant de réaliser différents types de régulation en tenant compte des interactions entre les différents paramètres, et de maintenir ainsi à chaque instant le moteur dans un état de fonctionnement optimal, d'où notamment un rendement optimal et une durée de vie améliorée.
  • Suivant l'invention, un dispositif de régulation de moteur à combustion, dont le fonctionnement est régi par un ensemble de paramètres Pi (1 ≦ i ≦ n). est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte :
    • - un ensemble de "m" boucles de régulation. permettant de réguler "m" paramètres (avec m≦n). comportant chacune notamment un ou plusieurs organes d'entrée de consigne, un ou plusieurs actionneurs pour agir sur le moteur de façon à modifier la valeur du ou des paramètres correspondants, et un ou plusieurs capteurs pour mesurer la valeur du ou des paramètres ainsi modifiés :
    • - un ensemble de "q" capteurs (avec q = n-m) permettant de mesurer des paramètres éventuellement non régulables ;
    • - un régulateur commun à l'ensemble de ces "m" boucles, permettant, à partir des différentes consignes et des valeurs relevées par les différents capteurs, d'élaborer un signal de commande des différents actionneurs de façon à assurer l'évolution de chacun des paramètres régulés, en liaison avec l'évolution de tout ou partie des autres paramètres. régulables ou non, régulés ou non.
  • D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation. faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma d un dispositif de régulation suivant l'invention
    • - les figures 2a. 2b. 2c. 2d et 2e sont des exemples de courbes relatifs à différents types de régulation pouvant être mis en oeuvre par le dispositif de régulation suivant l'invention :
    • - la figure 3 est un exemple d'organigramme général de fonctionnement du dispositif suivant l'invention :
    • - la figure 4 montre plus en détail un exemple de réalisation de la phase de régulation proprement dite. intervenant dans l'organigramme de la figure 3.
  • Suivant l'exemple décrit sur la figure 1, la régulation d'un moteur 1 est effectué au moyen de trois boucles de régulation permettant lune de téaliser une régulation de puissance, une autre une régulation de vitesse et une autre une régulation de richesse.
  • Chacune de ces boucles comporte de manière connue :
    • - un organe de commande, permettant à l'opérateur de fixer la valeur de la consigne, respectivement de puissance : 21, de vitesse : 22 et de richesse 23 ;
    • - un capteur, respectivement de puissance : 3i, de vitesse : 32, et de richesse : 33 ;
    • - un organe de comparaison de la consigne et de la grandeur correspondante mesurée par le capteur, respectivement 41, 42 et 43 ;
    • - un actionneur, respectivement de puissance : 61, de vitesse : 62 et de richesse 63, agissant sur les paramètres correspondants du moteur.
  • Le dispositif suivant l'invention comporte également un régulateur 5 qui est commun à l'ensemble des boucles de régulation et qui permet de réaliser différents types de régulation en tenant compte des interactions entre les différents paramètres.
  • Ce régulateur 5 reçoit les signaux de sortie des différents organes de comparaison 4i, 42, 43, ainsi que les signaux issus de capteurs 34 et 35 par exemple permettant d'assurer l'acquisition de certains paramètres non régulables par ce dispositif, tels que température et pression, et délivre les signaux d'entrée des différents actionneurs.
  • Il est par ailleurs prévu, entre les trois comparateurs 4,, 42 et 43, et le régulateur 5, un ensemble de trois autres comparateurs. respectivement 71, 72, 73. permettant de comparer les paramètres se rapportant à chacune des boucles de régulation, à savoir puissance, vitesse et richesse, à trois valeurs extrêmes appelées respectivement butée de puissance, butée de vitesse et butée de richesse, de façon à assurer le fonctionnement du moteur en deça de ces valeurs extrêmes.
  • Un module 10 réalise les acquisitions des différentes consignes ou commandes, leur traitement et filtrage pour les rendre exploitables par les comparateurs et le régulateur. Des opérations de pondérations respectives des consignes sont également réalisées, et ceci selon les paramètres enregistrés par l'interface homme machine 9.
  • L'ensemble formé par ce module 10 par les différents comparateurs et par le régulateur est en tait constitué par un calculateur 8 qui est programmé d'une façon qui sera décrite ulténeurement. en relation avec les figures 3 et 4, pour réaliser différents types de régulation tels que ceux décrits maintenant. à titre d'exemple. en relation avec les figures 2a à 2e. la sélection entre ces différents types de régulation étant effectuée par l'opérateur au moyen d'une interface homme-machine 9 qui communique avec le calculateur 8.
  • Le dispositif suivant l'invention permet, par exemple, la réalisation de régulation de vitesse. de richesse. de puissance, soit de façon indépendante. soit de façon combinée, simultanément ou séparément.
  • Dans le cadre de la réalisation de régulations indépendantes, trois cas sont possibles :
    • - réalisation d'une régulation de vitesse : le régulateur génère une loi de commande de l'actionneur de vitesse en fonction de la consigne de vitesse. telle que celle représentée à titre d'exemple sur la figure 2a, de façon à assurer une évolution ou un maintien de la vitesse du moteur en liaison avec l'évolution ou le maintien de la consigne de vitesse (par exemple accélérateur), les autres paramètres pouvant amener des corrections.
  • La position de l'actionneur vitesse "PAV", peut ainsi s'écrire sous la forme d'une certaine fonction
    Figure imgb0001
    de la consigne de vitesse Cv et des autres paramètres Pi :
    Figure imgb0002
    avec i variable de 1 à n, où n est le nombre de paramètres régissant le fonctionnement du moteur : - réalisation d'une régulation de puissance : le régulateur génère une loi de commande de l'actionneur de puissance en fonction de la consigne de puissance, telle que celle représentée à titre d'exemple sur la figure 2b. Les autres paramètres peuvent amener des corrections. ce qui conduit à une expression de la position de l'actionneur puissance "PAP" sous la forme d'une certaine fonction
    Figure imgb0003
    de la consigne de puissance CP et des autres paramètres Pi :
    Figure imgb0004
    - réalisation d'une régulation de richesse : le régulateur génère une loi de commande de l'actionneur de richesse en fonction de la consigne de richesse, telle que celle représentée à titre d'exemple sur la figure 2c. Les autres paramètres peuvent amener des corrections, ce qui conduit à une expression de la position de l'actionneur richesse "PAR" sous la forme d'une fonction de la consigne de puissance Cp et des autres paramètres Pi :
    Figure imgb0005
  • Dans le cas de régulations combinées mais séparées, par exemple régulation de vitesse et régulation de richesse comme sur la figure 2c. le régulateur met en oeuvre à un instant donnné un seul type de régulation mais ce type de régulation peut évoluer dans le temps, en fonction d'un critère qui est la valeur de la consigne. Par exemple, si la consigne (par exemple la consigne de vitesse) est inférieure à une valeur seuil Cvs, le régulateur assure une régulation de type richesse par exemple, pouvant s'exprimer sous la forme d'une certaine fonction
    Figure imgb0006
    de la consigne de vitesse Cv et autres paramètres
    Figure imgb0007
    et si cette consigne est inférieure à la valeur de seuil Cvs, le régulateur assure par exemple une régulation de type vitesse, pouvant s'exprimer sous la forme d'une certaine fonction
    Figure imgb0008
    de la consigne de vitesse Cv et des autres paramètres
    Figure imgb0009
    peuvent être des fonctions différentes des fonctions
    Figure imgb0010
    définies précédemment.
  • Dans le cas de régulations combinées, et simultanées (cas de la figure 2e), le régulateur met en oeuvre plusieurs types de régulation à un instant donné (par exemple vitesse, puissance et richesse), pouvant s'exprimer chacune sous la forme d'une certaine fonction de la consigne correspondante et tout ou partie de l'ensemble des autres paramètres, régulables ou non, régulés ou non :
  • Ainsi les différentes expressions :
    Figure imgb0011
    Figure imgb0012
    Figure imgb0013
    Figure imgb0014
    désignent des fonctions qui peuvent être différentes des fonctions
    Figure imgb0015
    définies précédemment, sont calculées simultanément, ce qui permet de générer des lois optimales de commande des différents actionneurs.
  • L'organigramme général de fonctionnement du régulateur est maintenant décrit en relation avec la figure 3. Cet organigramme débute par une introduction de données par l'opérateur : notamment type de régulation souhaitée (à savoir régulations indépendantes, ou combinées, et pour le cas de régulations combinées, séparément ou simultanément, comme défini précédemment), et valeurs des consignes associées. Le régulateur procède ensuite à l'acquisition des différents paramètres du système, par l'intermédiaire des différents capteurs. Le régulateur procède ensuite à un contrôle de la validité des données introduites par l'opérateur. afin de vérifier qu'elles sont bien compatibles avec l'état actuel des différents paramètres du système et n'entraînent pas en particulier de fonctionnement dans une zone critique.
  • Le calculateur 8 permet par ailleurs d'effectuer une mémorisation systématique des différents paramètres régissant le fonctionnement du moteur. et un contrôle de leur évolution dans le temps assurant ainsi un diagnostic prédictif des pannes.
  • Dans le cas où ces données ne sont pas compatibles avec l'état actuel du système, l'opérateur en est averti au moyen de l'interface homme-machine 9. Dans le cas contraire. les informations reçues des capteurs sont comparées aux différentes valeurs de consigne et butées, puis la régulation proprement dite est effectuée, l'opérateur étant tenu informé des valeurs des différents paramètres et de l'état de fonctionnement du système au moyen de l'interface homme-machine 9.
  • La phase de régulation proprement dite est décrite sous forme d'organigramme à la figure 4. Pour simplifier, cet organigramme correspond aux exemples particuliers de régulation décrits en relation avec les figures 2a à 2e. Suivant le type de régulation choisi (régulations indépendantes. combinées séparément ou combinées simultanément), telles ou telles des formules définies précédemment en relation avec les figures 2a à 2e sont appliquées. avec les valeurs correspondantes des consignes et des paramètres.
  • Les différentes fonctions "f" définies précédemment sont prédéterminées en fonction de chaque type de régulation et des caractéristiques du moteur.
  • Par ailleurs les différents types de régulation décrits ont été donnés seulement à titre d'exemples. Il existe bien entendu d'autres possibilités. notamment la possibilité de prévoir pour chaque type de régulation différentes fonctions "f" suivant les paramètres Pi sélectionnés par l'opérateur. ou encore la possibilité de réaliser des types de régulation intermédiaires à ceux décrits (par exemple régulations indépendantes sur certains paramètres, régulations combinées sur d'autres paramètres ... etc).
  • Suivant l'exemple de réalisation qui a été décrit, chaque boucle de régulation relative à un paramètre donné comporte un organe d'entrée de consigne, un comparateur, un actionneur et un capteur, tous relatifs au paramètre considéré. Plus généralement. il peut y avoir une interaction entre les différents paramètres, non seulement en ce qui concerne l'élaboration de la loi de régulation de chacun des paramètres, comme on l'a vu précédemment, mais également en ce qui concerne la constitution même de chacune des boucles de régulation. en ce sens que chacune d'elles peut comporter plusieurs organes d'entrée de consigne. plusieurs comparateurs. plusieurs actionneurs et plusieurs comparateurs. relatifs à différents paramètres. ce qui permet de faire évoluer un paramètre donné. suivant la loi de régulation désirée. par action sur différents paramètres. et mesure et comparaison de différents paramètres avec des valeurs de consigne correspondantes.
  • Le dispositif suivant l'invention permet ainsi d'établir selon des lois de commande optimales. des régulations du type à entrées-sorties monovariables ou multivariables. liées aux paramètres régissant le fonctionnement du moteur.

Claims (4)

1. Dispositif de régulation de moteur à combustion (1) dont le fonctionnement est régi par un ensemble de paramètres PI (1≦ i ≦ n), caractérisé en ce qu'il comporte :
- un ensemble de "m" boucles de régulation, permettant de réguler "m" paramètres (avec m ≦ n), et comportant chacune notamment un ou plusieurs organes (21) d'entrée de consigne, un ou plusieurs actionneurs (6j) pour agir sur le moteur de façon à modifier la valeur du ou des paramètres correspondants, et un ou plusieurs capteurs (31, 32. 33) pour mesurer la valeur du ou des paramètres ainsi modifiés ;
- un ensemble de "q" capteurs (34, 3s) (avec q = n-m) permettant de mesurer des paramètres éventuellement non régulables ;
- un régulateur (5, 8) commun à l'ensemble de ces "m" boucles, permettant, à partir des différentes consignes et des valeurs relevées par les différents capteurs, d'élaborer un signal de commande des différents actionneurs de façon à assurer l'évolution de chacun des paramètres régulés, en liaison avec révolution de tout ou partie des autres paramètres, régulables ou non, régulés ou non.
2. Procédé d'utilisation du dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que le régulateur (5, 8) permet d'effectuer la régulation de plusieurs paramètres simultanément, en fonction, pour chacun dé ces paramètres, des consignes correspondantes et de tout ou partie des autres paramètres, régulables ou non, régulés ou non.
3. Procédé d'utilisation du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur (5, 8) permet d'effectuer à chaque instant la régulation d'un seul paramètre, mais celui-ci pouvant varier dans le temps en fonction de la valeur d'une consigne déterminée.
4. Procédé d'utilisation du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur (5, 8) permet d'effectuer à chaque instant la régulation d'un seul paramètre, en fonction de la valeur de la consigne correspondante et de tout ou partie des autres paramètres. régulables ou non.
EP86402698A 1985-12-06 1986-12-05 Dispositif de régulation de moteur à combustion, et procédé d'utilisation d'un tel dispositif Withdrawn EP0227536A1 (fr)

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FR8518113A FR2591278B1 (fr) 1985-12-06 1985-12-06 Dispositif de regulation de moteur a combustion et procede d'utilisation d'un tel dispositif.
FR8518113 1985-12-06

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EP86402698A Withdrawn EP0227536A1 (fr) 1985-12-06 1986-12-05 Dispositif de régulation de moteur à combustion, et procédé d'utilisation d'un tel dispositif

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