FR2544798A1 - DEVICE FOR REGULATING THE REGIME OF A DIESEL ENGINE BY ELECTRONIC REGULATION OF FUEL FLOW INJECTED BY THE INJECTION PUMP - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT DU REGIME D'UN MOTEUR DIESEL PAR REGULATION ELECTRONIQUE DU DEBIT DU CARBURANT INJECTE PAR LA POMPE A INJECTION. DISPOSITIF DE REGULATION ELECTRONIQUE D'UNE POMPE A INJECTION D'UN MOTEUT DIESEL DE VEHICULE DANS LAQUELLE UNE SOUPAPE DE DOSAGE 10 REGLE LE DEBIT DE COMBUSTIBLE, ET QUI COMPORTE EN COMBINAISON : UN DETECTEUR NUMERIQUE 2, 3 DU REGIME DU MOTEUR OU DE LA POMPE ENGENDRANT UN SIGNAL NUMERIQUE RM REPRESENTATIF DU REGIME MOTEUR, UN DETECTEUR NUMERIQUE 4, 5 DE LA POSITION DE LA MANETTE DE COMMANDE DU REGIME MOTEUR FOURNISSANT UN SIGNAL NUMERIQUE RC REPRESENTATIF DE LA VALEUR DE CONSIGNE DU REGIME MOTEUR, UN COMPARATEUR NUMERIQUE 6 ELABORANT UN SIGNAL NUMERIQUE D'ERREUR SE COMME DIFFERENCE ENTRE LES DEUX SIGNAUX PRECEDENTS (SE RC - RM), UN REGULATEUR NUMERIQUE 7 DE TYPE PROPORTIONNEL, INTEGRAL ET DERIVE ELABORANT, A L'AIDE D'UN MICROPROCESSEUR, DE MEMOIRES INTERNES ET DE PROGRAMMES, ET A PARTIR DU SIGNAL D'ERREUR PRECEDENT 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 A LA VALEUR DE CONSIGNE CS PRECEDENTE.DEVICE FOR SLOWING THE SPEED OF A DIESEL ENGINE BY ELECTRONIC REGULATION OF THE FLOW OF THE FUEL INJECTED BY THE INJECTION PUMP. DEVICE FOR ELECTRONIC REGULATION OF A PUMP INJECTION OF A VEHICLE DIESEL ENGINE IN WHICH A DOSING VALVE 10 ADJUSTS THE FUEL FLOW, AND WHICH INCLUDES IN COMBINATION: A DIGITAL DETECTOR 2, 3 OF THE ENGINE OR PUMP SPEED GENERATING A DIGITAL RM SIGNAL REPRESENTATIVE OF THE ENGINE SPEED, A DIGITAL 4, 5 DETECTOR OF THE POSITION OF THE ENGINE SPEED CONTROL HANDLE PROVIDING A DIGITAL RC SIGNAL REPRESENTATIVE OF THE ENGINE SPEED SET VALUE, A DIGITAL COMPARATOR 6 ELABORATING A DIGITAL SIGNAL ERROR IS LIKE THE DIFFERENCE BETWEEN THE TWO PREVIOUS SIGNALS (SE RC - RM), A DIGITAL REGULATOR 7 OF PROPORTIONAL, INTEGRAL AND DERIVATIVE TYPE DEVELOPING, USING A MICROPROCESSOR, INTERNAL MEMORIES AND PROGRAMS, AND FROM FROM THE PREVIOUS ERROR SIGNAL SE, A SET SIGNAL OF THE DOSING VALVE 10 AND A SERVOMOTOR 8, 9 WITH ITS OWN SLOW LOOP TO POSITION THE DOSING VALVE IN A PO SITUATION CORRESPONDING TO THE PREVIOUS CS SETPOINT VALUE.
Description
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Dispositif d'asservissement du régime d'un moteur Diesel par régulation Device for controlling the speed of a diesel engine by regulation
électronique du débit du carburant injecté par la pompe à injection. electronic flow of the fuel injected by the injection pump.
L'invention concerne la régulation des pompes à injection pour moteurs Diesel, notamment des pompes rotatives comportant une soupape de dosage dont The invention relates to the regulation of injection pumps for diesel engines, in particular rotary pumps comprising a metering valve of which
la position détermine le débit injecté. the position determines the flow rate injected.
A titre d'exemple caractéristique on considérera la pompe "ROTO DIESEL" à distributeur rotatif D P A. De telles pompes, entraînées par le moteur Diesel, nécessitent une As a typical example, we will consider the "ROTO DIESEL" pump with rotary distributor D P A. Such pumps, driven by the diesel engine, require a
régulation pour assurer un fonctionnement stable lorsque la manette de com- regulation to ensure stable operation when the controller
mande de vitesse est en position fixe. speed dial is in fixed position.
Habituellement, ces pompes comportent un régulateur mécanique, consti- Usually, these pumps comprise a mechanical regulator, constituting
tuées par des masselottes centrifuges montées sur l'axe de la pompe et qui killed by centrifugal weights mounted on the axis of the pump and which
agissent sur une palette basculante de commande pour exercer un effort fonc- act on a swinging control pallet to exert
tion 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, this pallet is also provided with a return spring whose voltage is controlled by the control lever. In addition, this pallet controls by a unilateral linkage the metering valve in the direction required for the regulation II. As a result, an increase in speed produces a progressive closing of the valve, and conversely, until it reaches a point of equilibrium, this equilibrium point being moreover movable by action on the control lever. of the proportional type It is therefore necessary that there is an error between the setpoint, which is the position of the throttle lever,
et la vitesse du moteur transmise par les masselottes pour corriger la posi- and the engine speed transmitted by the flyweights to correct the posi-
tion de la soupape de dosage Plus l'erreur est grande et plus la correction of the metering valve The greater the error and the greater the correction
est importante Pour une consigne donnée, l'opérateur obtient donc diffé- is important For a given instruction, the operator thus obtains
rentes valeurs du régime moteur selon la valeur du couple résistant imposé au moteur. On utilise aussi avec ce type de pompe un régulateur hydraulique qui rents values of the engine speed according to the value of the resistant torque imposed on the engine. This type of pump is also used with a hydraulic regulator
présente pratiquement les mêmes inconvénients que le régulateur mécanique. has almost the same disadvantages as the mechanical regulator.
Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en The object of the invention is to eliminate the above disadvantages in
réalisant un régulateur complet, c'est-à-dire à la fois proportionnel, inté- realizing a complete regulator, that is to say at the same time proportional, inte-
gral et dérivé, afin que le régime du moteur dépende seulement de la valeur de consigne et soit indépendant du couple résistant rencontré, et qui permette d'autre part de disposer de valeurs numériques de la vitesse du moteur et de and derived, so that the engine speed depends only on the setpoint and is independent of the resistant torque encountered, and which also allows to have numerical values of the engine speed and
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la position d'ouverture de la soupape de dosage pour d'autres utilisations, the open position of the metering valve for other uses,
par exemple pour déterminer les valeurs du couple et de la consommation. for example to determine the values of torque and consumption.
L'invention consiste: à détecter sous forme numérique la vitesse du moteur par un dispositif approprié, par exemple un capteur inductif placé en regard d'une roue dentée ou encochée tournant avec le,oteur ou la pompe, les impulsions fournies par ce capteur étant mises en forme et comptées par un dispositif de comptage sur des périodes de temps successives définies par une base de temps, de manière à disposer de valeurs numériques successives représentatives de la vitesse du moteur; à détecter sous forme numérique la position de la manette de commande à l'aide d'un dispositif approprié, par exemple un potentiomètre entraîné par la manette de commande pour fournir un signal analogique qui est transformé par un convertisseur analogique/numérique afin d'obtenir en permanence une valeur numérique représentative de la valeur de consigne du régime moteur; à déterminer un signal numérique d'erreur à l'aide d'un comparateur numérique qui reçoit les deux valeurs numériques représentatives de la vitesse de consigne et de la vitesse réelle du moteur et effectue leur différence; à engendrer un signal de consigne de la position de la soupape de dosage 2 à l'aide d'un régulateur à micrbprocesseur qui reçoit en entree le signal numérique d'erreur, qui élabore des termes proportionnel, intégral et dérivé par traitement numérique, et qui élabore, en fonction de ces termes et de constantes définies à l'avance, le signal de consigne soupape, de préférence sous la forme d'un courant haché à rapport cyclique variable; enfin, à actionner la soupape de dosage à l'aide d'un servomoteur qui comporte lui-même un détecteur numérique de la position réelle de la soupape, un comparateur de cette position réelle avec la consigne de soupape, et une commande de moteur élaborée en fonction du signal d'erreur pour commander un The invention consists in: detecting in numerical form the speed of the motor by a suitable device, for example an inductive sensor placed opposite a toothed wheel or notch rotating with the motor or the pump, the pulses supplied by this sensor being formatted and counted by a counting device over successive periods of time defined by a time base, so as to have successive numerical values representative of the speed of the engine; detecting in numerical form the position of the joystick with a suitable device, for example a potentiometer driven by the joystick to provide an analog signal which is converted by an analog / digital converter to obtain permanently a numerical value representative of the setpoint value of the engine speed; determining a digital error signal using a digital comparator which receives the two digital values representative of the set speed and the actual speed of the motor and makes their difference; generating a set signal of the position of the metering valve 2 by means of a microprocessor controller which receives the digital error signal, which generates proportional, integral and derivative terms by digital processing, and which generates, according to these terms and constants defined in advance, the valve setpoint signal, preferably in the form of a variable duty cycle chopped current; finally, to actuate the metering valve with a servomotor which itself comprises a digital detector of the actual position of the valve, a comparator of this actual position with the valve setpoint, and an engine control developed according to the error signal to control a
motoréducteur qui agit dans le sens de l'annulation de ce signal d'erreur. geared motor which acts in the direction of the cancellation of this error signal.
D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description Other features of the invention will appear in the description
3 o qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel: la fig 1 est une coupe partielle en élévation selon I-I de la fig 2 de la partie électromécanique du régulateur situé au-dessus de la pompe; 3 which will follow of an embodiment taken as an example and shown in the accompanying drawing, in which: Figure 1 is a partial sectional elevation along II of Figure 2 of the electromechanical portion of the regulator located above the pump;
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la fig 2 est une coupe horizontale selon IIII de la fig 1; et Fig 2 is a horizontal section IIII of Fig 1; and
la fig 3 est un schéma d'ensemble de la régulation. Fig. 3 is a block diagram of the regulation.
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 électromagné- tique 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-memes fournies par une base de temps intégrée au compteur On obtient ainsi en sortie du compteur un signal numérique RM FIG. 3 shows a mechanical shaft 1 integral in rotation with the shaft of the pump or the motor, and comprising any toothed wheel, not shown, rotating opposite an electromagnetic sensor 2, of which the signals are taken up by a counter 3 which formats them and counts the pulses produced during successive periods of time, which are themselves provided by a time base integrated in the counter. A digital signal is thus obtained at the output of the counter. RM
représentatif du régime moteur.representative of the engine speed.
La manette de commande, non représentée, fournie en 4 un signal analogi- The control handle, not shown, provided at 4 an analog signal
que qui est transformé par un convertisseur analogique/numérique 5 en un that is transformed by an analog to digital converter 5 into a
signal numérique RC représentatif de la valeur de consigne du régime moteur. RC digital signal representative of the engine speed setpoint.
Naturellement en variante, la manette de commande pourrait fournir direc- Naturally alternatively, the joystick could provide direct
1 fi tement une valeur numérique de consigne. 1 a numerical value of setpoint.
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 The two numerical values RC and RM are compared in a digital comparator 6 which makes their difference in order to develop an error signal
SE qui constitue le signal d'entrée d'un régulateur électronique 7 Ce régula- SE which constitutes the input signal of an electronic regulator 7
teur comporte notamment un microprocesseur et les registres de mémoire ainsi que les instructions de programmation pour pouvoir traiter ce signal d'erreur in particular includes a microprocessor and the memory registers and the programming instructions to be able to process this error signal
-SE afin d'élaborer par calcul numérique les termes respectivement proportion- -SE in order to develop numerically the terms respectively proportion-
nel, intégral, et dérivé selon la théorie générale de la régulation Ces nel, integral, and derivative according to the general theory of regulation.
termes, multipliés par des constantes respectives déterminées expérimentale- terms, multiplied by respective constants determined experimentally-
ment, sont combinés pour fournir le signal numérique de consigne de la posi- are combined to provide the digital reference signal of the posi-
tion de la soupape CS.CS valve.
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 Il a 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 This valve set point signal CS is sent to a servomotor 8 which controls by a shaft 9 the metering valve 10, which adjusts the flow rate sent by the pump 11 and the motor 12 This servomotor includes an angular detector of the position of the 9, thus the valve 10, which provides a digital signal AS representative of this opening angle to a comparator integrated in the booster and which compares the valve opening angle AS to the
consigne soupape CS pour déterminer un signal d'erreur et entraîner en consé- CS valve setpoint to determine an error signal and consequently cause
quence la rotation du servomoteur 8 dans le sens voulu pour annuler l'écart. that the rotation of the servomotor 8 in the desired direction to cancel the gap.
En particulier, ce servomoteur peut etre constitué par un servomoteur de Au type courant en modélisme et qui est commandé généralement par un signal In particular, this servomotor can be constituted by a servomotor of Au type current model and which is generally controlled by a signal
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d'entrée CS en courant haché dont le rapport cyclique représente sous une forme analogique la valeur de consigne, la détermination angulaire AS étant CS input in chopped current whose duty cycle represents in an analog form the setpoint value, the angular determination AS being
elle-minme opérée dans ce cas par voie analogique. it-minme operated in this case by analog way.
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 As can be seen in FIG. 1, between the servomotor 8 and the control shaft 9 of the metering valve 10 is interposed a suitable gearbox 13 for a maximum angular displacement of about 90 used for the control
de modèle réduit.model.
En réalité comme représenté sur les fig 1 et 2, la commande en rotation de la soupape de dosage 10 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 In fact, as shown in FIGS. 1 and 2, the rotation control of the metering valve 10 by the shaft 9 is not a direct control but has a unilateral connection to make it possible to superimpose a command in the closing direction. of the metering valve 10 under the effect of a
barre de commande de stop 14 de type habituel Pour cela le levier de com- 14 of the usual type of control bar For this purpose the control lever
mande 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 1,5 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 Mande 15 secured to the metering valve 10 comprises an end axis 16 of the usual type, which is joined to the end 17 of an actuating lever 1.5 18 disposed in the housing 19 This lever 18 is integral the inner end of a shaft 20 coupled by a coupling 21 to the shaft 9 out of the geared motor, the connection between 16 and 17 being provided by a conventional linkage 22, unilateral actuation and clearance spring 23, the type used in the mechanical control device mentioned above
pour relier ce même levier de commande 15 à la palette du régulateur mécani- to connect this same control lever 15 to the pallet of the mechanical regulator.
que, laquelle est évidemment absente dans le cas de l'invention, de même que- which, of course, is absent in the case of the invention, just as-
le ressort de régulation, les masselottes centrifuges et les pièces annexes control spring, centrifugal weights and ancillary parts
de commande.control.
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 Thanks to the invention, it is possible to determine experimentally the constants of the proportional, integral and derivative elements of the regulator 7 so that the regulation comprises the desired characteristics, in particular a good one.
rapidité de réponse jointe à une stabilité du régime vis-à-vis des perturba- speed of response coupled with stability of the regime with respect to
tions du couple résistant, ces qualités étant particulièrement appréciables resistance, these qualities being particularly appreciable
pour l'application aux tracteurs agricoles. for application to agricultural tractors.
En outre, sans aucune dépense supplémentaire, on dispose dans le compteur In addition, without any additional expense, one has in the meter
3 et dans le régulateur 7 des valeurs numériques représentatives respective- 3 and in the regulator 7 respective representative digital values
ment 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 the engine speed and the opening angle of the metering valve, values which are available for other uses, for example to immediately determine, by simple transformation, such as a simple table of values, the respective values of the engine torque and
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de la consommation instantanée afin de faciliter la conduite économique du véhicule. Pour l'application aux poids-lourds, l'invention permet également de instant consumption to facilitate the economical operation of the vehicle. For the application to heavy goods vehicles, the invention also makes it possible to
réaliser facilement un limiteur de vitesse par simple programmation du régula- easily make a speed limiter by simply programming the regula-
teur 7 en évitant l'addition de ltactionneur limiteur habituel. 7 avoiding the addition of the usual limiter actuator.
6 25447986 2544798
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