Brevet FR2544798A1 — publié le 19841026

Dispositif d'asservissement du régime d'un moteur Diesel par régulation électronique du débit du carburant injecté par la pompe à injection. L'invention concerne la régulation des pompes à injection pour moteurs Diesel, notamment des pompes rotatives comportant une soupape de dosage dont la position détermine le débit injecté. 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 régulation pour assurer un fonctionnement stable lorsque la manette de com- mande de vitesse est en position fixe. Habituellement, ces pompes comportent un régulateur mécanique, consti- tuées par des masselottes centrifuges montées sur l'axe de la pompe et qui agissent sur une palette basculante de commande pour exercer un effort fonc- 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, et la vitesse du moteur transmise par les masselottes pour corriger la posi- tion de la soupape de dosage Plus l'erreur est grande et plus la correction est importante Pour une consigne donnée, l'opérateur obtient donc diffé- 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 présente pratiquement les mêmes inconvénients que le régulateur mécanique. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients précédents en réalisant un régulateur complet, c'est-à-dire à la fois proportionnel, inté- 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 2 2544798 la position d'ouverture de la soupape de dosage pour d'autres utilisations, par exemple pour déterminer les valeurs du couple et de la consommation. 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 motoréducteur qui agit dans le sens de l'annulation de ce signal d'erreur. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la 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 2544798 la fig 2 est une coupe horizontale selon IIII de la fig 1; et la fig 3 est un schéma d'ensemble de la régulation. 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 représentatif du régime moteur. La manette de commande, non représentée, fournie en 4 un signal analogi- que qui est transformé par un convertisseur analogique/numérique 5 en un signal numérique RC représentatif de la valeur de consigne du régime moteur. Naturellement en variante, la manette de commande pourrait fournir direc- 1 fi tement une valeur numérique de consigne. 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 SE qui constitue le signal d'entrée d'un régulateur électronique 7 Ce régula- teur comporte notamment un microprocesseur et les registres de mémoire ainsi que les instructions de programmation pour pouvoir traiter ce signal d'erreur -SE afin d'élaborer par calcul numérique les termes respectivement proportion- nel, intégral, et dérivé selon la théorie générale de la régulation Ces termes, multipliés par des constantes respectives déterminées expérimentale- ment, sont combinés pour fournir le signal numérique de consigne de la posi- tion de la soupape CS. 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 consigne soupape CS pour déterminer un signal d'erreur et entraîner en consé- quence la rotation du servomoteur 8 dans le sens voulu pour annuler l'écart. En particulier, ce servomoteur peut etre constitué par un servomoteur de Au type courant en modélisme et qui est commandé généralement par un signal 4 2544798 d'entrée CS en courant haché dont le rapport cyclique représente sous une forme analogique la valeur de consigne, la détermination angulaire AS étant elle-minme opérée dans ce cas par voie analogique. 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 de modèle réduit. 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 barre de commande de stop 14 de type habituel Pour cela le levier de com- 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 pour relier ce même levier de commande 15 à la palette du régulateur mécani- que, laquelle est évidemment absente dans le cas de l'invention, de même que- le ressort de régulation, les masselottes centrifuges et les pièces annexes de commande. 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 rapidité de réponse jointe à une stabilité du régime vis-à-vis des perturba- tions du couple résistant, ces qualités étant particulièrement appréciables pour l'application aux tracteurs agricoles. En outre, sans aucune dépense supplémentaire, on dispose dans le compteur 3 et dans le régulateur 7 des valeurs numériques représentatives respective- 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 2544798- de la consommation instantanée afin de faciliter la conduite économique du véhicule. Pour l'application aux poids-lourds, l'invention permet également de réaliser facilement un limiteur de vitesse par simple programmation du régula- teur 7 en évitant l'addition de ltactionneur limiteur habituel. 6 2544798 REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation électronique d'une pompe à injection d'un moteur Diesel de véhicule dans laquelle une soupape de dosage ( 10) rigle le débit de combustible, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison: un détecteur numérique ( 2, 3) du régime du moteur ou de la pompe engen- drant un signal numérique (R>) représentatif du régime moteur, un détecteur numérique ( 4, 5) de la position de la manette de comande du régime moteur fournissant un signal numérique (RC) représentatif de la valeur de consigne du régime moteur, un comparateur numérique ( 6) élaborant un signal nunérique d'erreur (SE) comme différence entre les deux signaux précédents (SE = RC RM), un régulateur numérique ( 7) de type proportionnel, integral et dérivé élaborant, à l'aide d'un microprocesseur, de mémoires internes et de programmes, et à partir du signal d'erreur précédent (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 à la valeur de consigne (CS) précédente. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le détecteur numérique du régime moteur comporte un capteur électromagnétique ( 2) disposé en regard d'une roue dentée solidaire en rotation d'un arbre ( 1) du moteur ou de la pompe et dont les signaux sont mis en forme puis comptés par un dispositif de comptage ( 2) au cours de périodes de temps successives déterminées par une base de temps afin d'élaborer les signaux numériques (Ru-) représentatifs du régime moteur. 3 Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le détecteur numérique de position de la manette de commande comporte une détection analogique par potentiomètre suivie par un convertis- seur analogue/numérique ( 5) qui élabore le signal numérique (RC) de consigne du régime moteur. 4 Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le signal de consigne de soupape (CS) fourni par le régulateur ( 7) au servomoteur ( 8) est constitué par un courant haché de rapport cyclique variable, et que ce servomoteur inclut un contrôle analogique de l'angle d'ouverture de la soupape dans sa boucle d'asservissement. 7 2544798 Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les signaux numériques de régime moteur (RM) et-de consigne de la soupape, élaborés respectivement par le compteur ( 3) et le régulateur ( 7), sont utilisés en outre pour assurer des fonctions annexes, telles que la détermination du couple moteur ou de la consommation, ou encore la limitation de vitesse du véhicule. 6 Dispositif selon une des revendication précédentes, caractérisé par le fait que l'arbre ( 9) de sortie du servomoteur ( 8), après une réduction ( 13), commande le levier ( 15) de la soupape de dosage ( 10) par l'intermé- diaire d'une transmission unilatérale ( 22) avec rattrapage de jeu ( 23) de type usuel.