Brevet FR2539815A1 — publié le 19840727

? 813 INSTALLATION DE SECURITE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A AUTO-ALLUMAGE L'invention concerne une installation de sécurité pour moteur à combustion interne à auto-allumage Il est connu de mettre en oeuvre, pour la régulation électronique du fonc- tionnement de moteurs à combustion interne à auto- allumage (moteurs Diesel), des mécanismes électri- ques de réglage commandés par des signaux élec- triques, et qui sont reliés à un appareil de com- mande centrale plutôt que des systèmes mécaniques de dosage de carburant et de réglage pour moteurs Diesel, systèmes qui certes peuvent être considérés comme ayant fait leurs preuves en ce qui concerne la fiabilité, mais qui sont de moins en moins en mesure de tenir compte de la multitude d'influences diverses relatives aux conditions de fonctionnement et à l'environnement. Par ailleurs>la mise en oeuvre de composants électroniques en liaison avec la régulation électronique Diesel (EDC) rend également alors nécessaire des mesures étendues de sécurité et de surveillance, lorsque les différents groupes constitutifs considérés en eux-mêmes présentent déjà des possibilités en ce qui concerne la détec- tion de défauts En conséquence, le problème posé est de créer, pour des installations EDC pour moteurs Diesel, une conception de sécurité pour la surveillance d'ensemble au cours du fonctionnement, qui, à l'aide de signaux appropriés, détecte des zones de fonctionnement admissibles et non admissibles et qui, d'après le type du défaut détecté, ou bien arrête le moteur Diesel, ou bien ouvre une possibilité de marche de secours. L'installation de sécurité conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'on effectue une détection continue des signaux concer- nant l'état de fonctionnement, à savoir position de la pédale d'accélérateur, quantité de carbuant (course de réglage) et vitesse de rotation et leurs comparaisons avec des valeurs limites supérieure et inférieure de ces signaux dans le sens d'une surveillance systématique prééminente, et que, selon le résultat de la comparaison, des dispositifs de commande pour l'arrêt du moteur ou bien pour l'exploitation en marche de secours, sont actionnés. Il est ainsi créé, pour une installation EDC, une surveillance systématique prééminente qui réagit aux défauts survenant lors du fonctionnement du moteur Diesel et qui est en mesure de réduire de façon décisive les effets possibles de plusieurs défauts intervenant dans certains cas simultanément dans les groupes constitutifs individuels, en créant ainsi une conception de sécurité pour le fonctionnement du moteur Diesel. Conformément à l'invention, les signaux en provenance d'un indicateur de pédale d'accélération, d'un indicateur de course de reglage,-dtun indicateur de vitesse de rotation, , sont surveillés de façon continue et comparés avec des valeurs limites supérieure et inférieure de ces signaux, les résultats correspondants de cette comparaison, rassemblés en groupes fonctionnels, donnant la définition des zones admissibles ou bien inadmissibles, dans le fonctionnement du moteur à combustion interne De façon avantageuse, il est possible,au lieu des signaux précités, d'utiliser en remplacement pour ceux-ci, des signaux redondants intervenants lors du fonctionnement d'un moteur Diesel, par exemple, pour le signal de vitesse de rotation, le signal auxiliaire d'un indicateur de début d'injection. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur les dessins ci-joints et sont exposés de façon plus-précise dans ce qui suit: la figure I montre, sous forme d'une représentation schématique simplifiée, le moteur à combustion interne et, essentielle- ment à l'aide d'un schéma de montage par blocs, le circuit de sécurité qui lui est associé, la figure 2 montre, sous forme d'un diagramme, l'évolution de la course de réglage en fonction de la vitesse de rotation avec la position de la pédale d'accélérateur comme paramètre. Selon la conception de base, la surveillance systématique pré-éminente d'une installation EDC pour le fonctionnement réglé électroniquement d'un moteur Diesel con- siste en ce que des signaux déterminés intervenant lors du fonctionnement, à savoir un signal de pédale d'accélérateur FP, un signal pour la course de réglage RW, pouvant être également défini comme signal de durée d'injection (SD) ou bien comme signal de quantité injectée, et un signal de vitesse de rotation N ou bien des signaux remplaçant les signaux précédents et apparaissant dans des parties appropriées du moteur à combustion interne, sont détectés et continuellement comparés avec les cinq valeurs limites ou barrière suivantes: signal minimum de pédale d'accélérateur (FP min) signal minimum de course de réglage (RW min) signal maximum de course de réglage (RW max) signal minimum de vitesse de rotation (N min) signal maximum de vitesse de rotation (N max) Il est possible que ces cinq signaux de valeurs limites soient délivrés, dans le cas idéal, par des indicateurs redondants C'est ainsi, par exemple qu'il peut être disposé sur la pédale d'accélérateur, lorsqu'une déviation prédé- terminée minimum est atteinte, une butée, par exem- ple sous la forme d'un indicateur de contact, qui, dans ce cas, engendre le signal minimum de la pédale d'accélérateur PP min. En figure 1, le moteur à combustion interne est désigné par 10 Il comporte une tubulure d'aspiration 11 et une tubulure de gaz d'échappement 12 Une pompe à carburant 13 est en communication, par l'intermédiaire d'une cana- lisation sous pression 15, avec une soupape d'injec- tion 14 Cette soupape d'injection 14 peut compren- dre un indicateur de début d'injection 16 qui indique à un bloc 17 de détection de signal de vitesse de rotation, par l'intermédiaire d'un conducteur indiqué en tirets, un signal de début d'injection rapporté à la vitesse de rotation en tant que signal redondant utilisable pour la vitesse de rotation. Il peut également être prévu un indicateur 18 de vitesse de rotation qui détecte la vitesse de rotationdu moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'une couronne dentée 19 entraînée par l'arbre de vilebrequin de ce moteur, et dont la sortie est reliée au bloc de détection de signal de vitesse de rotation 17. Il y a lieu de faire remarquer ici que la façon d'obtenir les signaux utilisés pour la surveillance systématique de sécurité, est uniquement représenté à titre d'exemple en figure 1, notamment, aussi en ce qui concernce les circuits de comparaison avec les limites supérieure et inférieure de ces signaux Il y a en particulier lieu de remarquer que le traitement des signaux, qui va être encore expliqué plus loin, peut être effectué également sous une autre forme qu'avec les constituants explicitement représentés, par exemple à l'aide de micro-calculateurs ou analogues comportant des circuits logiques de commande centrale ou des microprocesseurs. Le signal de vitesse de rotation N arrive à un circuit de comparaison de vitesse de rotation 20, auquel est appliqué en 20 a, une valeur limite pour la vitesse de rotation maximale N max et, en 20 b, une valeur limite prédéterminée pour la vitesse de rotation minimale telle qu'elle prévaut pour la surveillance systématique de sécurité considérée Ces valeurs limites peuvent être prédéterminées par des circuits distincts de production de valeur limite, qui peuvent par exemple être également des potentiomètres. A partir de la position, par. exemple, d'une tige de réglage sur la pompe-à car- burant 13, il peut être obtenu un signal de course de réglage RW valable pour la quantité de carburant injectée et l'appliquer à un circuit de comparaison 21 de course de réglage auquel est de même appliqué, en 21 a, une valeur limite pour la course de réglage maximale RM max et, en 21 b, une valeur limite pour la course minimale de réglage RW min De façon analogue, on peut, par exemple, A partir d'un potentiomètre 23 entrainé par la pédale d'accélé- rateur 22, par l'intermédiaire d'une liaison méca- nique, obtenir un signal de position pour la posi- tion FP de la pédale d'accélérateur, auquel cas des blocs 25, 26 de détection et de préparation de signaux peuvent être disposés aussi bien sur le conducteur de liaison entre l'indicateur de la pédale d'accélé- rateur et un circuit de comparaison de pédale d'ac- célérateur 24 qu'entre la tige de réglage et le cir- cuit de comparaison 21 pour la course de réglage. Au circuit 24 pour la position de la pédale d'accé- lérateur, est encore appliqué en 24 a un signal pour la position minimale de la pédale d'accélérateur FP min. Les différents circuits de com- paraison 20, 21 et 24 sont prévus de façon telle qu'ils engendrent, à leurs sorties, des signaux de comparaison correspondant lorsque les signaux de fonctionnement qui leur sont appliqués pour la vitesse de rotation, la course de réglage et la posi- tion de la pédale de l'accélérateur, franchissent vers le haut ou vers le bas les valeurs limites pré- déterminées Il est obtenu, de cette façon, les cinq sigrnux de valeur de comparaison suivants: N N max, N>N min, RW> RW min, RW>RW max,, FP de sécurité continué à opérer. Ces cinq valeurs de comparaison ou sorties des circuits de comparaison 20, 21 et 24, sont traitées pour indiquer les zones de fonctionnement admissibles et non admissibles, de sorte que les zones de fonctionnement non admissible qui nécessitent donc des mesures de sécurité se présentent lorsque les conditions suivantes sont remplies: 1 N> N max 2 N> N min et FP RW min 3 N> N min et RW>RW max La condition 1 aboutit à un arrêt immédiat du moteur Les conditions 2 et 3 permettent, selon la constitution des parties suivantes du circuit, encore une marche de secours souhaitable, par exemple en exploitation commandée. Mais, il va de soi que selon la conception de base de sécurité considérée, même lors de l'intervention des conditions 2 et 3, un arrêt du moteur doit être pris en considération. La logique d'exploitation indiquée par 27 convient pour la saisie et le trai- tement des cinq signaux de comparaison correspondant aux trois conditions précitées, étant entendu qu'ici également un grand nombre d'autres circuits de traitement sont possibles Le signal de com- paraison N> N max, qui constitue en même temps la première condition de défaut, est appliqué à l'entrée 28 de la logique de traitement 27. Pour la réalisation de la condition combinée de défaut 2, le signal de comparaison N> N min est appliqué à l'entrée 29 de la logique d'exploita- tion, le signal de comparaison FP , et le signal de comparaison RW> RW min à l'en- trée 31 Ces trois signaux-sont combinés ensemble par l'intermédiaire d'une porte ET 32 de façon qu'un état de fonctionnement non admissible se présente lorsque simultanément la vitesse de rotation se situe au-dessus d'une valeur minimale inférieure N min de la vitesse de rotation, tandis que la position de la pédale d'accélérateur a 3 franchi vers le bas une valeur limite inférieure minimale FP min et que, d'autre part, la course de réglage se situe au-dessus d'une valeur minimum RW min de la course de réglage L'état de fonc- tionnement pris par le moteur à combustion interne dans ce cas, ne correspond pas à la volonté du conducteur comme cela résulte de la position de la pédale d'accélérateur. La condition 3 résulte alors de l'application du signal N> N min à l'entrée 33 et du signal RW> RW max à l'entrée 34 de la logique d'exploitation et de leur rassemblement de la même façon à une porte ET 35 branchée à la suite. Cette condition signale également un état de fonc- tionnement non admissible, car ce n'est que pendant le démarrage du moteur à combustion interne que la quantité de carburant fournie doit être supérieure à une quantité de carburant intervenant en fonctionne- ment normal (RW> RW max) mais la vitesse de rotation se situe alors audessous d'une vitesse de rotation minimale N min (voir le diagramme de la figure 2). A la suite des deux portes ET 32 et 35 sont respectivement branchés des étages retardateurs 36, 37, qui donnent la certitude que, pour un laps de temps prédéterminé T (de par exemple 150 ms), la série considérée des signaux de compa- raison d'entrée doit indiquer l'état non admissible pour masquer ainsi des processus dynamiques de mise en oscillation Par l'intermédiaire d'autres portes ET 38, 39 branchées à la suite, les signaux de condition de défaut arrivent après mélange à la porte 40 à un bloc de marche de secours 41 qui, par exemple, en réduisant de façon convenable la quantité injectée ou bien par d'autres mesures adéquates, permet encore une exploitation en marche de secours par exemple jusqu'au prochain atelier de réparation A la première condition appliquée à l'entrée 28 de la logique d'exploitation, est directement associé un bloc d'arrêt 42 qui arrête le moteur car, dans tous les cas, il faut éviter qu'un moteur Diesel dépasse une valeur limite prédéterminée de la vitesse de rotation. Les conditions de défauts précitées sont encore indiquées-dans le diagramme de la figure 2 On voit que, lors du dépassement d'une-quantité injectée prédéterminée, ou bien d'un maximum prédéterminé RW max de la course de réglage, la zone d'exploitation non admissible est constamment caractérisée par le chiffre 3 dans un cercle Cela n'est pas le cas seulement si une vitesse limite inférieure N min est franchie vers le bas; par exemple pendant le processus de démarrage du moteur Diesel, pendant lequel une quantité injectée particulièrement importante est rendue disponible. La condition de défaut du dépassement de la vitesse de rotation N max s'ex- plique d'elle-même à partir du diagramme, tandis que, lors du franchissement vers le bas d'une position minimale prédéterminée FP min de la pédale d'accélé- rateur, par exemple dans le cas de l'exemple de réa- lisation au-dessous de 20 % de la course de dépla- cement, une zone non admissible se présente également lorsque simultanément la vitesse se situe au-dessus du minimum N min de la vitesse de rotation, tandis que la quantité de carburant injectée se situe au- dessus du minimum RW de la course de réglage. Il va de soi que l'expression "course de réglage" principalement utilisée dans la description et dans les revendications, se substitue ici à titre d'abréviation à des expressions telles que "'dosage du carburant" ou bien "charge" ou bien "quantité de carburant fournie au moteur à combustion interne" etc, qui ont toutes la même signifi cation à savoir, la quantité de carburant prélevée à cet instant par le moteur à combustion interne. L'expression "course de réglage" correspond en consé- quence à un signal spécifique de quantité de carbu- rant et peut être remplacée par d'autres signaux de quantité de carburant appropriés En conséquence, il ne doit pas être considéré comme limitatif, ni dans la description ni dans les revendications. REVENDICATIONS 1 Installation de sécurité pour moteur à combustion interne à auto-allumage, carac- térisée en ce qu'on effectue une détection continue des signaux concernant l'état de fonctionnement, à savoir position de la pédale d'accélérateur (FP), quantité de carburant (course de réglage RW) et vitesse de rotation (N) et leurs comparaisons avec des valeurs limites supérieure et inférieure (Minimum FP min de la pédale d'accélérateur; minimum RW min de la course de réglage; maximum RW max de la course de réglage; minimum N min de la vitesse de rotation; maximum N max de la vitesse de rotation) de ces signaux-dans le sens d'une surveillance systématique prééminente, et que, selon le résultat de la comparaison, des dispositifs de commande pour l'arrêt du moteur ou bien pour l'exploitation en marche de secours, sont actionnés. 2 Installation de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que, il résulte de la comparaison des signaux de fonctionnement avec leur valeur limite, les signaux de comparaison suivants; (N> N max, N>N min, RW>RW min, RW> RW max et FPP 4 FP min) qui sont combinés pour donner les con- ditions de défauts suivantes indiquant les zones de fonctionnement non admissibles: 1 N> N max; 2 N> N min et FP RW min; 3 Nô? N min et RW> RW max. 3 Installation de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que des indicateurs ( 17, 18, 23, 25, 26) sont prévus pour détecter et, éventuellement préparer les signaux d'état de fonctionnement, à savoir position de la pédale d'accélérateur, course de réglage et vitesse de rotation, des circuits de comparaison ( 20, 21, 24)) avec respectivement des valeurs -limites supérieure et inférieure pour les signaux d'état de fonctionnement étant branchés à la suite de ces indicateurs, les signaux de sortie de ces circuits de comparaison étant appliqués à une logique de combinaison ( 27) pour produire l'es signaux de sortie représentant les conditions de fonctionnement non admissibles, 4 Installation de sécurité selon une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la logique de combinaison ( 27) comprend des portes ET( 32, 35) auxquelles sont appliqués les signaux de comparaison sur lesquels sont basées les conditions de défauts 2 et 3, et à la suite desquelles sont branchés des organes de temporisa- tion (étages retardateurs 36, 37) pour masquer des instabilités de courte durée ou bien des processus de mise en vibration, avec d'autres portes ET( 38, 39) branchées à la suite et une porte OU ( 40) reliée à un bloc de marche de secours ( 41).