Brevet FR2541727A1 — publié le 19840831

- PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGULATION DE LA VITESSE DE ROTATION A VIDE D'UN MOTEUR A ALLUMAGE COMMANDE DOTE D'ACCESSOIRES A FONC- TIONNEMENT INTERMITTENT O La présente invention-concerne un procédé et un dispositif de régulation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à allu- mage commandé, lors de la mise en service et de l'arrêt d'au moins un organe accessoire entraînant une variation brusque du couple résistant. Dans le cas de véhicules automobiles équipés d'un tel organe accessoire, tel que par exemple un système de climatisation d'air, l'une des principales difficultés est de corriger, en fonctionne- ment à vide et principalement au ralenti, la perte de régime due à la mise en route de l'organe accessoire, ainsi que l'augmentation de régime due à l'arrêt de celui-ci. De plus, dans-le cas de véhicules équipés d'un système de climati- sation d'air et d'une direction assistée ou d'une botte de vitesses automatique, la conjonction des couples résistants engendrés, d'une part, par la mise en route du compresseur de climatisation d'air et, d'autre part, par le braquage des roues ou l'enclenche- ment du convertisseur hydraulique peut entraîner en certaines cir- constances le calage du moteur Ce problème est à fortiori encore plus crucial pour des véhicules comportant les trois équipements précités. Par ailleurs, la chute et l'augmentation de régime dues respecti- vement à la mise en service et à l'arrêt du ou des organes acces- soires est physiologiquement peu agréable pour les occupants du véhicule. Il est déjà connu de régler la vitesse moyenne de ralenti d'un moteur à allumage commandé par référence à un régime de consigne O Il est également connu, notamment par les demandes de brevets français 82/22 146 et 82/ 22 147, de stabiliser la vitesse de 49398 1 2 - rotation à vide ou au ralenti, c'est-à-dire d'atténuer autant que faire se peut les instabilités et pompages du moteur, en agissant sur l'angle d'avance à l'allumage. Toutefois, aucune de ces solutions ne permet à elle seule de com- penser à peu près complètement les variations de régime impor- tantes dues à la mise en route ou à l'arrêt d'organes acces- soires tels qu'un système de climatisation d'air ou analogue. L'invention vise à résoudre ce problème et, à cet effet, elle a pour objet un procédé de régulation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, lors de la mise en service et de ltarrêt d'au moins un organe acces- soire entraînant une variation brusque du couple résistant, caractérisé en ce qu'on détecte des signaux de commande de mise en service et d'arrêt de l'organe accessoire, on diffère tempo- rairement la commande de l'organe accessoire par lesdits signaux de commande, on commande, pendant une première période de temps prédéterminée, une augmentation du débit d'air du moteur en réponse à la détection d'un signal de commande de mise en route de l'organe accessoire et, pendant une deuxième période de temps prédéterminée, une diminution du débit d'air en réponse à la détection d'un signal de commande d'arrêt de l'organe acces- soire, et on commande respectivement la mise en route et l'arrêt de l'organe accessoire sensiblement à la fin desdites périodes prédéterminées. Suivant une caractéristique, on commande également une diminu- tion du débit d'air du -moteur pendant une troisième période de temps prédéterminée et une augmentation du débit d'air pendant une quatrième période de temps prédéterminée immédiatement après lesdites première et deuxième périodes de temps respectivement. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il com- prend un organe de commande du débit d'air du moteur, des moyens 49391 11670 2541 Z 72 -3- d'actionnement de l'organe de commande, des moyens d'alimentation des moyens de commande et un microcalculateur programmé qui reçoit en entrée un signal représentatif du fonctionnement à vide ou en charge du moteur et le signal de commande de l'organe accessoire, le microcalculateur étant connecté par l'une de ses sorties aux moyens d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un dispositif de régulation suivant l'invention la figure 2 est un organigramme de fonctionnement du microcal- culateur de la figure 1 pour la mise en oeuvre du procédé sui- vant l'invention; la figure 3 est un chronogramme illustrant l'influence sur le régime du moteur de la mise en service et de l'arrgt d'un sys- tème de climatisation d'air, respectivement dans les cas o il n'y a pas de régulation, o il y a une régulation partielle et o il y a une régulation complète. En se référant à la figure 1, un volet de papillon 1, monté dans un boîtier 2, est entraîné en rotation par un levier 3 sur lequel vient s'accrocher en 4 la commande d'accélérateur La fermeture du papillon 1 est limitée par une butée de ralenti 5, mobile en translation sous l'action de moyens d'actionnement 6 et contre laquelle le levier 3 est sollicité par des moyens élastiques (non représentés) o Les moyens d'actionnement 6 peuvent être un moto-réducteur, un vérin électrique, hydraulique; pneumatique ou analogue, relié à des moyens d'alimentation correspondants 7. 254172 ? Ces moyens d'alimentation sont eux-mêmes connectés à un microcal- culateur programmé 8 qui assure le pilotage du dispositif. Le microcalculateur 8 reçoit sur ses entrées 9 un certain nombre de signaux comprenant, entre autres,un signal représentatif du fonctionnement & vide ou en charge du moteur qui peut être four- ni, par exemple, par un contact de pied levé, et le signal de commande d'un organe accessoire à fonctionnement intermittent. Dans ce qui suit, on supposera que l'organe accessoire est le compresseur d'un système de climatisation et que le signal de commande est fourni par un thermostat (non représenté)o Le micro- calculateur 8 commande les moyens d'alimentation 7 par sa sortie et le compresseur 12 par sa sortie 1 l. Suivant les autres fonctions qu'il remplit, le microcalculateur peut comporter d'autres entrées et sorties Il peut s'agir, entre autres, d'un microcalculateur de commande d'allumage, d'injec- tion, ou assurant ces deux fonctions comme décrit, par exemple, dans la demande de brevet français 82/13 996 à laquelle on pourra se reporter. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 sera maintenant décrit en se référant à l'organigramme de la figure 2: ét 2: il s'agit d'un test pour déterminer si le moteur est en fonctionnement à vide ou non Comme indiqué ci-dessus, cette information est de préférence représentée par l'état (fermeture ou ouverture) d'un contact de pied levé, mais deautres paramètres peuvent être pris en compte, par exemple la valeur de la pression au collecteur d'admission comparée à une valeur de seuil. Si la réponse à ce test est NON, on passe à l'étape 21 et, si la réponse est OUI, à l'étape 22. Etapes 21 et 22: il s'agit de deux tests identiques pour déter- miner s'il existe une demande de mise en route ou d'arrêt du compresseur. 4939 110 178 s 25417 ? 2 -5- Si la réponse à ces deux tests est NON, on passe directement à la suite du programme qui peut concerner le calcul d'autres paramètres de fonctionnement du moteur tels que, par exemple, l'avance à l'allumage ou le temps d'injection. Si la réponse aux tests 21 et 22 est OUI, on passe respective- ment aux étapes 23 et 24. Etape 23: il s'agit d'un test pour déterminer s'il existe une demande de mise en route du compresseur. Si la réponse est NON, on passe à l'étape 25 qui est un ordre d'arrêt du compresseur si la réponse est OUI, on passe à l'étape 26 qui est un ordre de mise en route du compresseur. On constate que le déroulement des étapes 20, 21, 23, 25 et 26 n'implique aucun actionnement du papillon 1, ce qui est normal puisqu'on ne se trouve alors pas en régime de fonctionnement à vide. Par contre, si la réponse aux tests 20 et 22 est OUI, on passe à l'étape 24. Etape 24: il s'agit, comme l'étape 23, d'un test pour déterminer s'il existe une demande de mise en route du compresseur si la réponse est OUI, on passe à l'étape 27. Etape 27: le microcalculateur 8 commande sur sa-sortie 10 l'ou- verture partielle du papillon 1, soit pendant une période de temps prédéterminée T, si le moyen de commande 6 est un moto- réducteur à courant continu, soit jusqu'à un angle d'ouverture donné si le déplacement de la butée 5 est assurée par un moteur pas à pas On peut également ouvrir le papillon 1 pendant un 49398 X 16 W -6 nombre de tours ou de fractions de tours donné, par exemple N demitours dans le cas o l'on dispose d'un signal de repérage angulaire à chaque demi-tour du moteur. Etape 28: à la fin de cette période prédéterminée, le microcal- culateur 8 émet sur sa sortie 11 un signal de mise en route du compresseur. Etape 29: le microcalculateur 8 commande sur sa sortie 10 une fermeture partielle du papillon 1 par rapport à la position moyenne qu'il occupe en fonctionnement à vide lorsque le moyen de commande 6 n'est pas alimenté Cette fermeture partielle peut avoir une durée identique ou différente de l'ouverture qui l'a précédée, et durer par exemple un temps T 2 Si la réponse à l'étape 24 est NON, le processus inverse du pré- cédent se déroule étape 30: fermeture partielle du papillon 1 pendant un temps T 3 par exemple étape 31: arrêt du compresseur étape 32: ouverture partielle du papillon 1 pendant un temps T 4 par exemple. L'ouverture et la fermeture du papillon sont de préférence expri- mées en temps ou en valeur angulaire, ce qui dans les deux cas revient à augmenter ou diminuer le débit d'air du moteur pendant une période de temps prédéterminée, car ce mode de commande assure une résolution très fine Cependant, les différentes tâches remplies par un microprocesseur de gestion du groupe moto- propulseur étant généralement synchronisées par un signal Sy de repérage angulaire identifiant le passage de chaque piston par le point mort haut ou le point mort bas, il est également possible de commander l'ouverture et la fermeture du papillon en nombre de 49391 11676 -7- tours ou de fractions de tours du moteur Cette solution a pour inconvénients d'offrir une résolution moins fine et de rendre le temps d'ouverture et de fermeture du papillon dépendant du régime de rotation à vide du moteur. On se reportera maintenant au chronogramme de la figure 3 sur laquelle la courbe lia représente le signal de commande du com- presseur et le signal Na la vitesse de ralenti du moteur en l'absence de régulation On constate que, lors de la mise en route du compresseur correspondant au passage du signal lia du niveau bas au niveau haut, il se produit une forte chute de la vitesse de rotation du moteur par rapport au régime nominal de ralenti No, suivi d'une augmentation supérieure au régime nomi- nal No mais de moins grande amplitude que la chute qui l'a précédée O De même, le phénomène inverse se produit lors de l'arrêt du com- presseur. Les signaux affectés de la lettre b illustrent le cas d'une régu- lation telle que décrite précédemment à ceci près que les étapes 29 et 32 sont omises, c'est-à-dire que l'on ne procède pas à une fermeture et une ouverture du papillon immédiatement après l'ou- verture et la fermeture qui l'ont respectivement précédées On constate que l'ouverture du papillon 1 pendant une période de temps prédéterminée correspondant au créneau positif du signal l Ob, suivie de la mise en route du compresseur sur le front des- cendant de ce créneau, permet de maintenir un régime Nb à peu près constant Ceci est dû au fait qu'il existe un temps mort entre l'initialisation de l'ouverture du papillon 1 et l'effet de cette ouverture sur le régime moteur, temps mort dont dépend la durée d'ouverture programmée du papillon Cependant, comme dans le cas précédent, il se produit un effet de "rebondissement" se tradui- sant par une augmentation temporaire de régime peu après la mise en service du compresseur O Les mêmes phénomènes se retrouv'ent, de manière inversée, lors de l'arrêt du compresseur. 254172 ? Enfin, les signaux affectés de la lettre c correspondent au cas de la régulation conforme à l'organigramme de la figure 2 On constate que la refermeture partielle (petit créneau négatif du signal 1 Oc) et la réouverture partielle(petit créneau positif du signal l Oc) du papillon 1 permettent de compenser l'effet pré- cité de "rebondissement" suivant la mise en route et l'arrêt du compresseur respectivement. Comme cela ressort du signal 10 c, la refermeture et la réouver- ture partielles du papillon I ont des durées plus courtes que l'ouverture et la fermeture initiale Ceci est d au fait que l'amplitude du phénomène de "rebondissement" est inférieure à la variation de vitesse qui résulte, en l'absence de régulation, de la mise en route et de l'arrêt du compresseur (voir signal Na). En outre, on remarquera que les deux types d'action ne sont pas équivalents: dans un cas, on diffère la commande du compresseur pendant un temps égal, ou approximativement égal, à la durée de l'ouverture ou de la fermeture initiale du papillon, tandis que dans l'autre on anticipe réellement le phénomène de "rebondisse- ment" en provoquant la refermeture ou la réouverture du papillon à un instant choisi par rapport à celui de la commande effective du compresseur. On notera également que, dans ltexemple décrit, il y a coinci- dence entre la fin de l'action initiale sur le papillon, la com- mande effective du compresseur et le début de la contre-action compensatrice du "rebondissement"o Cependant, l'invention n'est pas limitée à une telle forme de réalisation et on peut également prévoir un temps mort entre l'action et la contre-action, de même que la commande effective du compresseur peut ne pas coincider avec la fin de l'action initiale sur le papillon. On se reportera maintenant aux tableaux de la page 10 qui indiquent d"n résultats d-essai obtenus sans régulation (tableaux la et lb) et avec régulation complète (tableaux 2 a et 2 b) et sur lesquels: REG ON = REGIME LE PLUS BAS ENREGISTR Eo 4939 I 157 i TPS ON = TEMPS NECESSAIRE POUR REVENIR AU REGIME NOMINAL. REG OFF = REGIME LE PLUS HAUT ENREGISTRE. TPS OFF = TEMPS NECESSAIRE POUR REVENIR AU REGIME NOMINAL. B.V Ao = BOITE DE VITESSES AUTOMATIQUE. Il en ressort que la régulation suivant l'invention permet une réduction importante de la variation de régime, principalement aux régimes de ralenti faible. D'autre part cette régulation permet une importante réduction du temps de retour au régime nominal, surtout dans le cas o le convertisseur hydraulique de la boite de vitessesautomatique est enclenché. Il est important de noter que les impressions physiologiques des occupants du véhicule sont notablement améliorées, voire suppri- mées. La même régulation peut être utilisée pour une correction d'en- clenchement ou de déclenchement du convertisseur hydraulique de la boite de vitesses,ou de tout autre organe accessoire dont la mise en route et l'arrêt entraînent une variation brusque de couple résistant De plus, les durées des périodes de temps pré- déterminées d'ouverture et de fermeture du papillon peuvent être modulées en fonction du nombre d'organes accessoires qui doivent être simultanément mis en route ou arrêtés O Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion décrit Cest ainsi que, par exemple, l'augmentation ou la diminution du débit d'air du moteur peuvent être assurées partout moyen approprié autre qu'un papillon, par exemple en commandant le débit d'air additionnel dans le cas d'un carburateur équipé d'un conduit en dérivation ou Ilby-pass't. 49398 1 16 X NNIEJ, 000 T, X x mi/Hi, oz 6 x NWI Hi, 096 x x NKIHJ, 096 x x MN/UJ, o O q x NPZ/HJ, O 8 x duo Sdi X &M 039 X NO Sc Ilx NO E)MI x -X Haasmél WOO X unssmcnioo na mmcinoo X na 9 MOU Ng a SIK X 'IVNIKON ON 19 MI x &à X NWIHJ, MOT X sa x NWI-9 j, 096 x NWIHI O 6 x x > ORS 'o X NKIHI 096 x > ozs 5 o x Nw/ui, o 6 Z x mi/Hi, oçg x x JJO Sd J, x duo 9 m X NO scli, X NO 9 m X x x x Ungggg Ud WOO x x x unass-aud Roo na mincinoo X f ICI MAOH MOE âSIW X 'IYNINON a KI 9 M X c c m DCX= sdi, c x imassanc IN 03 X x IMZSSMCIKOO na m Incmoo X na airiou Na asi N X 11 VNIKON ZKI 91 M X lig Al UC Ite NOMIS Od Ng 'Y'A'R GRAY I;LN Tl YU 11 V Uf IZJ,01 %T ( 9 qj IIVZ Ig Vj, x ORS R&T X N Klui, oç 1 T x Oss T &E x Nwuj; ogg x Mi/al 096 x x ous C x Nw/ui o 6 oi x cas S -NN/ui, on N Klui, oss x 4,qcr SCII x 14,40 Dau X NO scli, X NO 999 X x x x unsss Td CINOD X x unasm CIN 03 na mmcinoo X na 9 JA 09 NZ 9 SIN X 'IVNINON Mi IDMI X fflt & seclit, 913 SM 0-' V si MUMClii NOMIS Od N 2 -Y-A-S OSAY LINTIVU n V anajoli (Z q Z fly Mayj, SID SM O rj V ai SU Jfl Ui M 4 i MOIJ,190 d NC-1 'V'-A'Il OSAV LINTI Vd f IV Ha SION (T mg nvmgvil Bas z 18 x Bas L"il x duo sdi X Nw Im 09 UT x Bas NWIHI 060 T -X DâS dao Dffl X NO 94 9 x 3 m Ls 8 x NNI'ai, ofiz X NK/HJ, OZ x NO M x NWIHJ, 096 x x NN/UJ; O 8 x x x x m x X) x 9 L OL iàMI Jf Ig Nit NOIJIS Od NZ OSAY IINTIVH f IV Hn SWN (T VT ny Tiavi 1 M.sz 254172 ? 11 - REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation de la vitesse de rotation à vide d'un moteur à combustion interne à allumage commandé, lors de la mise en service et de l'arrêt d'au moins un organe accessoire entraî- nant une variation brusque du couple résistant, caractérisé en ce qu'on détecte des signaux de commande de mise en service et d'ar- rêt de l'organe accessoire ( 12), on diffère temporairement la commande de l'organe accessoire ( 12) par lesdits signaux de com- mande, on commande, pendant une première période de temps prédé- terminée (T 1), une augmentation du débit d'air du moteur en réponse à la détection d'un signal de commande de mise en route de l'organe accessoire et, pendant une deuxième période de temps prédéterminée (T 3), une diminution du débit d'air en réponse à la détection d'un signal de commande d'arrêt de l'organe accessoire, et on commande respectivement la mise en route et l'arrêt de l'organe accessoire ( 12) sensiblement à la fin desdites périodes prédéterminées. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on commande également une diminution du débit d'air du moteur pen- dant une troisième période de temps prédéterminée (T 2) et une augmentation du débit d'air pendant une quatrième période de temps prédéterminée (T 4) immédiatement après lesditespremière (T 1 > et deuxième (T 3) périodes de temps respectivement. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mise en route de l'organe accessoire et le début de la troisième période coïncident avec la fin de la première période et en ce que l'arrêt de l'organe accessoire et le début de la quatrième période coïncident avec la fin de la deuxième période. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (i) de commande du débit d'air du moteur, des moyens ( 16) d 9 actionnement de l'organe de commande, des moyens ( 7) V 2 ? 12 - d'alimentation des moyens de commande et un microcalculateur pro- grammé ( 8) qui reçoit en entrée un signal représentatif du fonc- tionnement à vide ou en charge du moteur et le signal de commande de l'organe accessoire ( 12), le microcalculateur ( 8) étant con- necté par l'une de ses sorties aux moyens d'alimentation ( 7) o Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, comme connu en soi, l'organe de commande de débit d'air est un papillon ( 1) solidaire en rotation d'tin levier ( 3) coopérant avec une butée ( 5) définissant la position de ralenti du papillon ( 1) et les moyens d'actionnement ( 6) déterminent la position de la butée de ralenti ( 5). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications t et 5, caractérisé en ce que lesdites périodes de temps sont déterminées par le calculateur ( 8) à partir d'une horloge. 7 o Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, comme connu en soi, le calculateur ( 8) reçoit à l'une de ses entrées un signal (Sy) de repérage de posi- tion angulaire du vilebrequin du moteur et en ce que lesdites périodes de temps sont exprimées par le calculateur en nombre de tours ou de fractions de tours du moteur, à partir du signal de repérage angulaire (Sy). 4939 t 1878