Brevet FR2568942A1 — publié le 19860214

1. "Système de régulation de la vitesse de rotation de moteurs à combustion interne.' L'invention part d'un système de régulation de la vitesse de rotation de moteurs à combustion interne, notamment de moteurs diesel, avec un régulateur de marche a ride réglant la quantité de carburant à injecter dans le moteur et qui est de préférence constitué par utn régulateur proportionnel et auquel est appliquée, côté entrée, la dif- férence entre la vitesse de rotation de consigne et la vi- tesse de rotation réelle, l'évolution dans leBmps de la vitesse de rotation de consigne lors de la chute de la vi- tesse de rotation réelle au-dessous d'un seuil de vitesse de rotation s'effectuant selon une fonction exponentielle décroissante. Ce système de régulation de la vitesse de rotation est notamment destiné à des moteurs diesel dont la quantité de carburant injectée est réglée par un régula- teur proportionnel dans la zone de la vitesse de rotation en marche à vide. Par le document DE-OS 31 30 080 on sait dé- jà, en relation avec une vitesse de rotation relever la valeur de consigne lorsque la vitesse de rotation réelle a atteint un écart déterminé par rapport à la vitesse de rotation de consigne. Dans ce système de régulation connu de la vitesse de rotation, la valeur de consigne est asser- vie à un intervalle déterminé de la valeur réelle jusqu'à 2.- une vitesse de rotation de consigne maximale, cet intervalle étant constant. Lorsque la vitesse de rotation chute, le système de régulation de la vitesse de rotation devient opérationnel lors du franchissement vers le bas d'un seuil prédéfini de la vitesse de rotation, l'évolution de la chute de la valeur de consigne de la vitesse de rotation se rap- prochant de la chute de la valeur réelle de la vitesse de rotation dans le cas d'un moteur à combustion interne chaud en fonctionnement. Comme dans le cas d'un moteur froid, la vitesse de rotation réelle chute plus rapidement que dans le cas d'un moteur chaud en fonctionnement, un fran- chissement vers le bas de la vitesse de rotation prédéfinie en marche à vide, notamment dans le cas d'un moteur froid, ne peut pas 4tre évité de façon sûre avec le système de régulation connu. L'invention a pour but de remédier aux incon- vénients du système de régulation de la vitesse de rota- tion connu et concerne à cet effet un système caractérisé en ce que la vitesse de rotation de consigne, lors de la chu- te de la vitesse de rotation réelle au-dessous d'un seuil de vitesse de rotation prédéfini, est relevée à la vitesse de rotation réelle et la constante de temps de la fonction exponentielle est formée en fonction de la vitesse de chute de la vitesse de rotation réelle. Avec le système de régulation de la vitesse de rotation conforme à l'invention, comportant les caracté- ristiques indiquées ci-dessus, une régulation parfaite de la vitesse de rotation est assurée pour des températures variées du moteur et également pour des vitesses de chute de la vitesse de rotation variées selon le type de construc- tion au voisinage de la vitesse de rotation en marche à vide. L'évolution de la vitesse de rotation de consigne chute par exemple plus rapidement pour un moteur chaud que dans le cas d'un moteur froid. Le système de régula- tion n'est opérationnel que lorsque la vitesse de rotation 3,- réelle tombe et que sa vitesse de chute dépasse une valeur minimale, de sorte qu'un abaissement plus lent de la vites- se de rotation reste également possible. La constante de temps de la fonction exponentielle de l'évolution de la valeur de consigne dépend de la vitesse de chute respecti- vement mesurée de la vitesse de rotation réelle et est pro- portionnelle à un facteur fixe réglable. Ce facteur peut être réglé à une valeur fixe correspondant au comportement respectif de la vitesse de rotation d'un type de moteur déterminé. De cette façon, le système de régulation de la vitesse de rotation peut être adapté à différents types de moteurs. Si la vitesse de rotation en marche à vide est atteinte, la régulation ne redevient opérationnelle que lorsqu'un décalage prédéfini de la vitesse de rotation est dépassé et la vitesse de rotation réelle est à nouveau réduite. De légères fluctuations de la vitesse de rota- tion, qui n'altèrent pas la régularité du fonctionnement en marche à vide, ne rendent ainsi pas opérationnelle la régu- lation de la vitesse de rotation. L'invention va être exposée plus en détail en se référant aux dessins cijoints dans lesquels: - la figure 1 montre- la courbe caractéris- tique de la vitesse de rotation réelle et de l'évolution de la vitesse de rotation de consigne dans le cas d'un moteur froid et d'une vitesse de rotation réelle décrois- sante, - la figure 2 montre les courbes caractéris- tiques de la figure 1, mais dans le cas d'un moteur chaud, - la figure 3 montre les courbes caractéris- tiques pour la vitesse de rotation réelle et la vitesse de rotation de consigne avec asservissement de la valeur de consigne lorsque la vitesse de rotation réelle croit, - la figure 4 est un schéma par blocs du sys- tème de régulation. Dans le diagramme représenté sur la figure 1, 4.- la courbe caractéristique pour la vitesse de rotation réelle n évolue relativement rapidement vers le bas, comme cela peut être par exemple le cas dans le cas d'un moteur froid. Dès que le seuil de vitesse de rotation NS est franchi vers le bas, le système de régulation détermine la vitesse de chute dn/dt de la vitesse de rotation réelle n. A cet effet, la variation de la vitesse de rotation par unité de temps est déterminée. Si la vitesse de chute ainsi mesurée s'abais- se au-dessous d'une vitesse de chute minimale fixe prédé- finie n dmin ' il en résulte à l'instant t = 0 un relèvement de la valeur de consigne pour la vitesse de rotation de consigne N à la vitesse de rotation réelle n. La courbe de la vitesse de rotation de consigne N s'abaisse désormais selon une fonction exponentielle comportant un temps d'évo- lution relativement important tas. Le tracé de la vitesse de rotation de consigne N se poursuit alors sans changement, conformément à cette fonction exponentielle prédéfinie, dont la constante de temps est essentiellement déterminée par la vitesse de chute précédemment mesurée dn/dt de la vitesse de rotation. Une modification du tracé de la vitesse de rota- tion de consigne N ne se produit que lorsque la vitesse de rotation réelle n augmente à nouveau. Le comportement du système de régulation pour une vitesse de rotation crois- sante sera décrit ultérieurement en relation avec la figure 3. La figure 2 montre la courbe caractéristique de la vitesse de rotation réelle n pour laquelle la vitesse de chute de la vitesse de rotation dn/dt est inférieure à celle de la figure 1, ainsi que la courbe caractéristique de la vitesse de rotation de consigne N qui comporte un temps d'évolution taus inférieur à celui de la figure 1. Les courbes caractéristiques tellesqu'elles sont indiquées sur la figure 2, peuvent correspondre par exemple à l'évo- lution de la vitesse de rotation dans le cas d'un moteur chaud. Dans le cas de la figure 1 et de la figure 2, 5.- l'intervalle entre la vitesse de rotation en marche à vide I1I et le seuil de vitesse de rotation NS est identique, et il peut 8tre avantageux d'augmenter la vitesse de rota- tionl en marche à vide N dans le cas d'un moteur encore froid par rapport à la vitesse de rotation en marche à vide NL dans le cas d'un moteur chaud. La vitesse de rotation en marche à vide NL peut être augmentée dans le cas dun moteur froid de façon à garantir un fonctionnement du mo- -teur sans à-coups. Comme dans le cas du moteur chaud, cette vitesse de rotation en marche à vide plus élevée n'est pas nécessaire pour lime marche régulière du moteur, on peu;, da.ns ce cas, abaisser la vitesse de rotation en marche à vide Ad à une valeur plus réduite, grâce à quoi les va- leurs pour l'émission de bruitv la p&lution des gaz déchap- pement et la sollicitation du matériel peuvent etre diminuées. La vitesse de rotation en marche à vide N% peut par exemple être réglée dans le cas du moteur froid à 1000 révolutions par minute et dans le cas du moteur chaud à 600 révolutions par minute. La valeur de consigne pour la vitesse de ro- tation en marche à vide NI peut Ètre obtenue en fonction de la température du moteur en ce qu'une sonde de tempéra- ture applique à un calculateur la température du moteur, qui calcule la vitesse de rotation en marche à vide corres- pondante NL ou bien qui la prélève sur un tableau préala- blement introduit et l'applique au système de régulatilon. La figure 3 montre maintenant le tracé des deux courbes caractéristiques pour le vitesse de rotation réelle n et pour la vitesse de rotation de consigne N, une augmentation de la vitesse de rotation s'effectuant a peu près à l'instant tI dans le cas représenté. Cette augmen- tation de la vitesse de rotation est amorcée par l'action- nement de la pédale du conduite ou pédale d'accélération. La vitesse de rotation de consigne N n'est asservie à la vitesse de rotation réelle n que lorsque cette vitesse de 6.- rotation réelle n a dépassé un décalage de vitesse de ro- tation NO. Les conditions suivantes doivent être remplies: n t (croissante) et n - N > NO L'asservissement de la vitesse de rotation de consigne N n'a lieu pour une vitesse de rotation réelle croissante que lorsque la différence entre cette vitesse de rotation réelle n et la vitesse de rotation de consigne N est supérieure à un décalage prédéfini des vitesses de rotation. Si la vitesse de rotation réelle n décroit à nouveau, la vitesse de rotation de consigne N évolue à nou- veau de façon correspondante à une fonction exponentielle dont la constante de temps correspond à la constante de temps telle quielle a été déterminée lors du dernier fran- chissement vers le bas du seuil NS de la vitesse de rota- tion. L'évolution de la vitesse de rotation de consigne N correspond à la relation: t N = NL + (NS - NL) e K avec K = dn/dt. KV + K0 Dans cette relation, N est la vitesse de ro- tation de consigne, NL la vitesse de rotation en marche à vide, NS le seuil de vitesse de rotation, dn/dt la vitesse d'abaissement de la vitesse de rotation à l'instant o le seuil de vitesse de rotation est franchi vers le bas, KV est le facteur d'amplification de l'amplificateur de réglage et KO une constante de décalage. La figure 4 est un schéma par blocs du systè- me de régulation, lequel est essentiellement constitué d'un générateur de valeur de consigne GS et d'un régulateur pro- portionnel R, à l'entrée duquel est appliquée la différence entre la vitesse de rotation de consigne N et la vitesse de rotation réelle n. C8té sortie, le régulateur proportionnel R commande l'alimentation en carburant du moteur M à régler. La vitesse de rotation réelle n du moteur M est appliquée à un générateur de fonctions 1, qui en fonc- tion de la vitesse d'abaissement de la vitesse de rotation -68942 7.- dn/dt qui a été déterminée et en fonction de la vitesse de rotation en marche à vide souhaitée NL détermine l'évolution de la valeur de consigne pour la vitesse de rotation de consigne N. Le générateur de fonctions 1 ne devient opérationnel que lorsque la vitesse de rotation réelle n franchit vers le bas le seuil prédéfini de vi- tesse de rotation NS, la vitesse d'abaissement de la vitesse de- rotation devant être supérieure à une valeur minimale ndmin. Lorsque cette condition est remplie, un premier commutateur 2 relié à la sortie du générateur de fonctions 1 est amené dans son autre position, non repré- sentée ici, de sorte que la sortie du générateur de fonc- tions 1 est reliée au point de soustraction S. Tant que la vitesse de rotation réelle n 1 5 se trouve au-dessus du seuil de vitesse de rotation NS précité, le commutateur 2 et un autre commutateur 3 branché on avant de celui-ci se trouvent dans les positions repré- sentées sur le dessin. Le commutateur 3 n'est amené dans son autre position non représentée, que lorsque la condi- tion: n -A (nN),> lO est remplie. La condition nécessaire pour la commutation du premier commutateur 2 est également indiquée dans le bloc fonctionnel relié à ce commutateur. Cette condition s'écrit: n4n Z NS Au fond, ltessentiel de l'invention réside de façon très générale en ce que, lors d'une régulation en marche à vide d'un moteur à combustion interne, l'évo- lution dans le temps de la vitesse de rotation de consigne évolue, lorsque la vitesse de rotation réelle s'abaisse, selon une fonction exponerntielle décroissante, la cons- tante de temps de cette fonction exponentielle étant éta- blie en relation avec les paramètres de fonctionnement du 8.- moteur à combustion interne. L'invention n'est alors pas limitée à un type déterminé de moteurs à combustion interne, et également l'ensemble des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne peuvent influencer la fonc- tion exponentielle. Enfin, l'invention n'est pas limitée à une cohstitution analogique des circuits, mais au con- traire la réalisation de l'invention est également possi- ble à l'aide d'un calculateur numérique programmé de fa- çon appropriée. 9. - R E V E 1N D I C A T I O N S 1o- Système de régulation de la vitesse de rot-ation de moteurs à combustion interne, notamment de moteurs diesel, avec un réglateur de marche à vide réglant la quantité de carburant a injecter dans le moteurs et qui est de préeérence constitué par un réFgulatez proportion- nel et auquel est appliquée, c8té entrée, la différsenc entre la vitesse de rotation de consigne et la vritesse de rotation réelle, l'évolution dans le temps de la vitesse de rotation de consigne lors de la chute de la vitesse de rotation réelle au-dessous d'un seuil de vitesse de rota- tion s'effectuant selon une fonction exponentielle décrois- sante, système caractérisé en ce que la vitesse de rota - tion de consigne (N) lors de la chu'e de la vitesse de ro- tation réelle (n) au-dessous d'in segil de vitesse de ro- tation pr_édéfini (NS) est relevée h la vitesse de rosa.ion réelle (n) et la constante de temps (I/K) de la fonctieon exponentielle est formée en fonction de la vitesse de chute (dn/dt) de la vitesse de rot-ation réelle (n), 2, Système de régulation de la vitesse de rotation selon la revendioation 1 9 caractérisé en ce que la fonction exponentielle de lIevolution de la vitesse de rotation de consigne (N) décroît plus lentemernt por iune vitesse de chute élevee de la vitesse de rotation réelle (n) que pour une vitesse de chute réduite de la ritesse de rotation réelle (n) 3.- Système de régulation de la vitesse de rotation selon l'une des revendications 1 ou 29 caractérisé en ce qu'un relèvement de la vitesse de rotation de consi- gne (N) à la vitesse de rotation réelle (n) ne s'effectue que lorsque la vitesse de rotation réelle (n) tombe et que sa vitesse de chute (dn/dt) dépasse une valeurz minimale (nd J dmîn> 4.- Système de régulation de la vitesse de rotation selon une des précédentes revendications, carac- 10._ térisé en ce que l'évolution de la vitesse de rotation de consigne (N) est caractérisée par la fonction exponentielle suivante: t N = NI + (NS - NL)e n avec K = dn/dt. KV + KO o KV et KO sont des constantes tandis que NL est la vites- se de rotation en marche à vide, NS le seuil de vitesse de rotation et dn/dt la vitesse mesurée de la chute de la vitesse de rotation. 5.- Système de régulation de la vitesse de rotation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la constante KV est un facteur d'amplification réglable. 6.- Système de régulation de la vitesse de rotation selon une des précédentes revendications caracté- 1 5 risé en ce que la température du moteur est mesurée et que, lorsque le moteur (X) est froid la vitesse de rotation en marche à vide(NL) est réglée de la même quantité que le seuil de vitesse de rotation (NS) sur une valeur plus élevée que dans le cas d'un moteur chaud. 7.- Système de régulation de la vitesse de rotation selon une des précédentes revendications, carac- térisé en ce que, après que la vitesse de rotation réelle (n) ait atteint au moins approximativement la vitesse de rotation de marche à vide (NL), la vitesse de rotation de consigne (N) n'est asservie qu'après le franchissement d'un décalage de vitesse de rotation (No) et lorsque la vites- se de rotation réelle (n) augmente, tant que la vitesse de rotation réelle (n) est au-dessous du seuil de vitesse de rotation (NS), et qu'ensuite lorsque la vitesse de rota- tion réelle (n) tombe, la constante de temps (K) fixée pré- cédemment lors du franchissement du seuil de vitesse de ro- tation (NS) est valable pour l'évolution de la vitesse de rotation de consigne (N). 8.- Système de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à combustion interne avec une régula- -11,,_ tion de marche à vide, revêtant de préférence la forme d'une régulation proportionnelle, et à laquelle est ap- pliquée, c8té entrée, la différence entre la vitesse de rotation de consigne et la vitesse de rotation réelle, l'évolution dans le temps de la vitesse de rotation de consigne s'effectuant lors de la chute de la vitesse de rotation réelle selon iune fonction exponentielle décroisl saute, systeme caractérise en ce que la constante de temps de la fonction exponentielle est formée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion in- terne.