Brevet FR2694047A1 — publié le 19940128

i Procédé et installation de commande d'une installa- tion de dosage de carburant à commande par soupape électromagnétique " L'invention concerne un procédé et une in- stallation de commande de dosage de carburant commandé par une soupape électromagnétique, notamment pour un moteur Diesel, un instant de commutation d'un utilisa- teur électromagnétique étant déterminé par détection d'un point de flexion dans la courbe de la grandeur en10 fonction du temps, grandeur qui correspond à l'inten- sité traversant l'utilisateur électromagnétique. On connaît un tel procédé et une telle in- stallation de commande d'une installation de dosage de carburant à commande par une soupape électromagnétique15 selon le document SAE-Paper 85 05 42. Ce document décrit une installation de com- mande d'une pompe à carburant dont l'unité de commande électronique agit par l'intermédiaire d'un étage de puissance sur une soupape électromagnétique associée à la pompe à carburant Cette unité de commande détermi- ne les instants souhaités pour le début du transfert du carburant et la fin du transfert par la pompe de carburant suivant l'état de fonctionnement du moteur thermique A partir de ces instants souhaités, l'unité25 de calcul détermine les instants de commande de l'éta- ge de puissance pour que la soupape électromagnétique prenne une position telle que la pompe à carburant transfère du carburant ou termine ce transfert L'im- pulsion de commande se produit un certain temps avant l'instant souhaité auquel il faut actionner la soupape électromagnétique pour transférer le carburant ou ter- miner le transfert. Ce retard provient des temps de commutation des soupapes électromagnétiques Le temps de branche- ment représente le retard entre l'impulsion de comman- de et la fermeture de la soupape électromagnétique Le temps de coupure représente le retard entre l'impul- sion de commande et l'ouverture de la soupape électro- magnétique L'instant auquel la soupape électromagné- tique se ferme ou s'ouvre sera appelé dans la suite de la description: instant de commutation Partant des différentes causes telles que par exemple des toléran- ces de fabrication ou des effets hydrauliques, des ef- fets de température, des variations au niveau de la soupape électromagnétique ou du circuit de commande soumettent les instants de commutation de la soupape électromagnétique à des dispersions L'instant de com- mutation effectif auquel la soupape électromagnétique s'ouvre ou se ferme diffère plus ou moins fortement des valeurs prédéterminées Cela entraîne des diffé- rences gênantes pour le début de l'injection et la quantité injectée par rapport aux valeurs optimales souhaitées. C'est pourquoi il faut détecter de manière précise les temps de branchement et/ou de coupure de la soupape électromagnétique. Selon le document DE-OS 34 26 799 (US-A 4 653 447) on connaît une installation qui détecte l'instant de commutation et partant de là les instants de fermeture et d'ouverture de la soupape électroma- gnétique Partant de la courbe de temps du courant traversant la soupape électromagnétique on peut détec- ter de manière précise l'instant de commutation de la soupape électromagnétique Par contre, ce document an- térieur ne contient aucune indication sur la façon de détecter l'instant de commutation. Selon le document DE-OS 38 43 138 on connaît un autre procédé de commande et de détection du mouve- ment de l'induit d'un organe de commutation électroma- gnétique Dans ce cas également on détermine l'instant de la commutation de la soupape électromagnétique à partir de la forme du courant Pour cela, il est prévu d'exploiter la courbe de courant à l'aide d'un circuit analogique. De tels procédés sont très compliqués et très coûteux car ils nécessitent des moyens de techni- que de commutation très importants. La présente invention a pour but dans un système de commande d'une installation de dosage de carburant à commande par soupape électromagnétique de créer une possibilité de détecter aussi simplement et d'une manière aussi peu coûteuse que possible, les in- stants de commutation et ainsi les temps de fermeture et/ou d'ouverture de la soupape électromagnétique. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on ex- ploite pour cela uniquement des valeurs discrètes, distinctes de la grandeur à des instants prédétermi- nés. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, on détecte les valeurs discrètes dans un inter- valle de temps prédéterminé à partir d'une valeur dé- tectée à un instant prédéterminé. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, à partir de chaque fois au moins deux paires de valeurs formées d'une valeur discrète et l'instant correspondant, on définit deux droites. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, partant du point d'intersection des droites on obtient le point de commutation de l'utilisateur électromagnétique et partant des instants de commuta- tion on détermine les instants de branchement et/ou de coupure de l'utilisateur électromagnétique. L'installation selon l'invention est une in- stallation très peu coûteuse et ne nécessitant que peu de pièces pour détecter les instants de commutation de la soupape électromagnétique, notamment pour un moteur Diesel, comprenant des moyens pour déterminer un in- stant de commutation d'un utilisateur électromagnéti- que par détection d'un point d'inflexion dans la forme d'une grandeur en fonction du temps, grandeur corres- pondant au courant traversant l'utilisateur électroma- gnétique. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, l'installation est caractérisée en ce que des moyens de mesure exploitent seulement quelques va- leurs discrètes à des instants prédéterminés. Suivant une autre caractéritique de l'inven- tion, les moyens de mesure comprennent un convertis- seur analogique/numérique. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma bloc du système selon l'invention. les figures 2 a, 2 b, 2 c montrent un chronogramme de l'intensité traversant la soupape électromagnétique ainsi que la course de l'aiguille de la soupape électromagnétique. la figure 3 est une vue détaillée du chronogramme de l'intensité du courant. les figures 4 et 5 représentent chacune un ordino- gramme du procédé de l'invention. La figure 1 montre schématiquement une in- stallation selon l'invention dont seuls les composants essentiels ont été représentés Le pôle positif en U Bat de la batterie est relié par un montage en série formé d'un moyen de mesure 130, d'un utilisateur élec- tromagnétique 120 et d'un moyen de commutation 110 à la phase Une détection de courant 140 est reliée aux deux sorties du moyen de mesure 130 La détection de courant 140 fournit un signal électrique à une unité électronique de commande 100. L'unité électronique de commande 100 est re- liée à différents capteurs 105 Cette unité électroni- que de commande 100 fournit des signaux de commande au moyen de commutation 110. Le montage de l'installation de mesure 103, de l'utilisateur électromagnétique 120 et du moyen de commutation 110 est représenté à titre d'exemple à la figure 1 Ces moyens peuvent également être associés dans un ordre différent Ainsi, on peut prévoir l'in- stallation de mesure entre l'utilisateur 120 et le moyen de commutation ou entre le moyen de commutation et la masse Lorsque l'installation de mesure 130 est prévue entre l'utilisateur électromagnétique 120 et le moyen de commutation 110 ou entre l'utilisateur électromagnétique 120 et le pôle positif U Bat on peut également détecter les intensités de courant après ou- verture du moyen de commutation. L'installation décrite ci-dessus fonctionne comme suit: l'unité électronique de commande 100 cal- cule les impulsions de commande destinées au moyen de commutation 110 à partir des signaux des capteurs 105. Ce moyen de commutation 110 est réalisé de préférence par un transistor à effet de champ On peut également envisager d'autres réalisations comme par exemple à base de transistors La mise en oeuvre du moyen de commutation 110 alimente en courant l'utilisateur électromagnétique 120 Le chronogramme de l'intensité du courant traversant cet utilisateur électromagnéti- que 120 est représenté aux figures 2 et 3. L'utilisateur électromagnétique est de pré- férence une électrovanne ou soupape électromagnétique. Celle-ci comporte une aiguille mobile qui prend diffé- rentes positions en fonction du courant traversant l'utilisateur Lorsque le moyen de commutation est commandé, après un certain temps, l'aiguille passe dans sa nouvelle position A ce moment, appelé instant de commutation, la courbe de l'intensité présente une inflexion Cela signifie que la montée de l'intensité change très rapidement Directement en amont et en aval de cette inflexion, le courant varie pratiquement de façon linéaire en fonction du temps. A ce moment on peut décrire en première ap- proximation la forme de la courbe de courant par deux droites La montée du courant ou pente des deux droi- tes avant et après le point d'inflexion diffère cons- idérablement Au niveau du point d'inflexion la pente du courant ou la différentielle du courant change de manière importante. L'instant auquel se déplace l'aiguille de l'injecteur correspond à l'ouverture de la soupape électromagnétique L'instant de la fin du mouvement de l'aiguille correspond à l'instant de la fermeture de la soupape électromagnétique En particulier dans le cas de soupapes électromagnétiques servant à commander la quantité de carburant injectée dans des moteurs Diesel, il est nécessaire que cet instant de commuta- tion auquel l'aiguille se déplace soit détecté de ma- nière précise Cet instant de commutation est exploité par l'unité de commande électronique pour déterminer de façon précise les instants de fermeture et/ou de coupure et de ce fait les impulsions de commande Des impulsions de commande imprécises entraînent des dé- viations par rapport aux valeurs optimales de la quan- tité de carburant injectée ou du début de l'injection. Cela peut se traduire par des émissions non autori- sees. La détection de l'instant de commutation se fait avec le moyen de mesure 130 et le moyen de détec- tion de courant 140 Le moyen de mesure 130 est réali- sé de préférence sous la forme d'une résistance ohmi- que 130 Le moyen de détection de courant 140 détecte la chute de tension aux bornes de cette résistance 130 La chute de tension correspond au courant traver- sant la résistance 130 Le moyen de détection de cou- rant 140 est réalisé de préférence sous la forme d'un convertisseur analogique/numérique A sa sortie on dispose d'un nombre proportionnel à l'intensité du courant traversant la soupape électromagnétique. La tension appliquée à la soupape électroma- gnétique est représentée à la figure 2 c; le courant I traversant la soupape électromagnétique 120 est repré- senté à la figure 2 b et le mouvement ou la course H de l'aiguille de la soupape est représenté à la figure 2 a en fonction du temps T. A l'instant TE, le moyen de commutation 110 devient passant L'inductance de la soupape électroma- gnétique 120 fait augmenter le courant I suivant une certaine vitesse Après un certain temps de retard, l'aiguille de la soupape commence à se déplacer A l'instant TSE elle atteint sa nouvelle position d'ex- trémité A cet instant TSE la pente de la courbe de courant, en fonction du temps, change très fortement. Cela signifie que la courbe de courant présente une inflexion à cet instant de commutation TSE Cette in- flexion est provoquée par la chute de la tension de l'excitation induite. A l'instant TA, le moyen de commutation 110 stouvre de nouveau L'aiguille de la soupape se dépla- ce de nouveau lentement pour revenir à sa position initiale Elle atteint cette position initiale à l'in- stant de commutation TSA Egalement à cet instant, la courbe de courant présente une inflexion. On mesure l'intensité Il du courant à l'in- stant Tl A l'aide d'une courbe caractéristique in- scrite dans le dispositif de commande, on peut alors calculer une durée à partir du courant Il; cette du- rée est définie par les instants T 2 et T 3 Dans cet intervalle compris entre les instants T 2 et T 3, se si- tue probablement l'instant de commutation TSE auquel l'aiguille de soupape a atteint sa nouvelle position de fin de course. La durée ainsi pré-calculée est représentée à échelle agrandie à la figure 3; dans cette durée pré-calculée, à l'instant prédéterminé on inscrit l'intensité du courant traversant la soupape électro- magnétique 120 à partir du convertisseur analogi- que/numérique 140 dans l'installation de commande électronique 100 Ces instants, qui sont de préférence séparés des mêmes intervalles, sont marqués à la figu- re 3 par des traits verticaux La forme du courant se détermine ainsi seulement en des instants discrets, séparés Une détection continue du courant n'est pas nécessaire On n'exploite que très peu de données. Cette façon de procéder permet une économie considéra- ble en composants. Par une interpolation appropriée des points d'intersection on peut calculer l'instant de commuta- tion à partir de paires de valeurs formées par les in- stants prédéterminés et la valeur correspondante de l'intensité Ce calcul se fait dans l'installation électronique de commande 100. Pour calculer l'instant de la commutation on procède comme suit: on choisit au moins deux instants pour lesquels on a les valeurs des intensités et qui se situent sur la courbe de courant avant le point d'inflexion On choisit également deux autres instants qui se situent après le point d'inflexion L'unité de commande électronique calcule alors à partir de ces deux paires de valeurs comprenant un instant et la va- leur respective du courant, les équations des droites définies chaque fois par les deux paires de valeurs. L'une des deux droites donne ainsi la forme du courant avant le point d'inflexion et l'autre après le point d'inflexion On définit alors l'intersection des deux droites L'instant de l'intersection des deux droites est l'instant de la commutation. Il est également possible que l'unité de commande électronique détermine le point d'inflexion à partir de la courbe de courant en partant des paires de valeurs et en utilisant une interpolation appro- priée. Le calcul du point de commutation TSE se fait comme cela est représenté à la figure 4 Au cours de la première étape 400, à l'instant prédéterminé Tl, après avoir actionné le moyen de commutation 110, on introduit la valeur de l'intensité Il Cet instant dé- pend avantageusement de la vitesse de rotation du mo- teur thermique Pour les faibles vitesses de rotation il est en retard par rapport aux vitesses de rotation importantes car pour les vitesses de rotation impor- tantes le dosage se fait pendant un intervalle plus court. Partant de la valeur de l'intensité Il, dans l'étape 410 on introduit les instants T 2 et T 3 à par- tir d'un champ de caractéristiques ou on les détermine de toute autre manière Pour déterminer les instants T 2 et T 3 on peut également tenir compte d'autres para- mètres de fonctionnement comme par exemple la vitesse de rotation. Cet intervalle de temps, compris entre les instants T 2 et T 3, est alors subdivisé en intervalles de temps identiques dans l'étape 420; ces intervalles sont définis par les instants TK A ces instants TK on prend les valeurs d'intensité IK correspondantes dans le convertisseur analogique/numérique 140 L'ensemble formé par chaque instant TK et la valeur correspondan- te de l'intensité IK forment une paire de valeurs Une telle paire de valeurs est par exemple représentée à la figure 3. Le calcul des deux droites Gi et G 2 se fait dans l'étape 430; ces droites représentent la forme du courant en fonction du temps en amont et en aval du point d'inflexion Le point d'intersection des deux droites se définit dans l'étape 440 Partant de ce point d'intersection, on obtient alors dans l'étape 450 l'instant de commutation TSE On utilise cet instant pour déterminer le temps de commutation de la soupape électromagnétique L'instant de commutation TSE ainsi calculé ne diffère que de façon négligeable de l'instant de commutation effectif TI. L'important du procédé selon l'invention est qu'à des instants prédéterminés on ne détecte que des valeurs d'intensité discrètes, séparées Partant de telles paires de valeurs, distinctes, l'unité de com- mande électronique calcule l'instant de la commutation et ainsi la durée d'ouverture de la soupape électroma- gnétique Ces valeurs sont utilisées par l'unité de commande électronique 100 pour déterminer l'impulsion de commande. Cette façon de procéder présente l'inconvé- nient que pour calculer l'instant de commutation TSE il faut beaucoup de temps de calcul De ce fait, pour des systèmes critiques quant au temps de fonctionne- ment, la valeur du temps de commutation n'est disponi- ble que pour le dosage suivant Or, pour permettre une commande quantitative précise, il faut tenir compte du temps de commutation pour déterminer la fin de l'in- jection Cela n'est pas possible dans ce procédé La dynamique de ce système n'est pas optimale Pour per- mettre une détermination plus rapide du temps de com- mutation, on procède comme indiqué à la figure 5. Dans une étape d'initialisation 500, après la mise en route de l'installation, on remet le temps de correction à zéro Dans l'étape 502 on détecte le courant I(Tl) à un instant prédéterminé Tl à la suite de la commande de la soupape électromagnétique Cette étape correspond à l'étape 400 de la figure 4 Puis, à partir d'un champ de caractéristiques, on détermine une valeur évaluée TSEP du temps de commutation Selon l'invention, on a reconnu qu'il y avait une relation déterminée F entre la valeur de l'intensité I(Tl) à l'instant déterminé Tl après la commande de la soupape électromagnétique et l'instant de commutation. Cette détermination du temps de commutation est appelée extrapolation de l'intensité Ce procédé est très précis sur le plan dynamique car il ne néces- site que très peu de temps de calcul et ainsi on dis- pose de la valeur du temps de commutation pour le même dosage Mais ce procédé présente l'inconvénient de ne fournir que des valeurs imprécises mais répétitives pour le temps de commutation C'est pourquoi les va- leurs ainsi obtenues TSEP sont corrigées par un terme correctif dans l'étape 506 Le terme correctif se dé- termine de préférence à partir du dosage précédent. Comme dans l'étape 410 on détermine alors les instants T 2 et T 3 dans l'étape 510 Usuellement, ces instants correspondent à la plage de tolérance prévue pour le temps de commutation évalué TSEP Dans les étapes 520, 530, 540, 550 on calcule alors comme dans les étapes 420, 430, 440, 450 de la figure 4, le temps de commutation TSEG Dans l'étape 560 on déter- mine le terme correctif DT pour le temps de commuta- tion en partant de la différence entre les deux va- leurs TSEG et TSEP; ce terme correctif est alors uti- lisé pour le dosage suivant Au cours du dosage sui- vant, le procédé démarre par l'étape 502. Cette façon de procéder présente l'avantage d'obtenir une valeur plus précise sur le plan dynami- que pour le temps de commutation Une faible fraction du calcul doit se faire pendant l'injection mais on peut économiser du temps de calcul pendant l'injec- tion. Les procédés selon les figures 4 et 5 ont l'avantage de ne pas nécessiter de détection analogi- que de la courbe de l'intensité ainsi qu'une différen- ciation de la courbe de courant et une exploitation correspondante de ce signal différentiel Il suffit de traiter des paires discrètes de valeurs Cela simpli- fie considérablement le procédé et l'installation né- cessaires. Pour déterminer l'instant de fermeture TSA de la soupape électromagnétique, on peut précéder de la même manière Pour cela, comme pour un instant pré- déterminé après la coupure de la tension d'alimenta- tion de la soupape électromagnétique on détermine une valeur d'intensité et une plage de temps dans laquelle il est à prévoir que se situe le point d'inflexion Le calcul de l'instant de commutation TSA se fait comme *pour l'instant de commutation TSE. Si dans l'étape 440 on ne peut pas détermi- ner le point d'intersection des deux droites, c'est-à- dire si le point d'intersection est à l'extérieur de la fenêtre de temps délimitée par les deux instants T 2 et T 3, cela suppose un défaut au niveau de la soupape électromagnétique Si la forme de la courbe de courant est par ailleurs normale, cela signifie que le courant augmente en fonction du temps après application de la tension, la soupape électromagnétique fonctionne cer- tes correctement sur le plan électrique mais est dé- faillante sur le plan mécanique Ce cas se présente notamment lorsque l'aiguille de la soupape électroma- gnétique ne se déplace plus Dans ce cas aucune ten- sion n'est induite lorsque l'aiguille frappe le siège. Si le point d'inflexion n'est pas décelé à l'intérieur d'un temps prédéterminé après la mise en oeuvre, cela va également dans le sens d'un défaut mécanique au ni- veau de la soupape électromagnétique. On peut travailler de façon correspondante avec le procédé de la figure 5. Une interrogation simple 460 dans le dérou- lement du programme qui vérifie qu'un point de commu- tation autorisé a été déterminé, fournit un diagnostic simple, en ligne Ce diagnostic permet de détecter sûrement un défaut mécanique de la soupape électroma- gnétique sans mise en oeuvre de moyens supplémentai- res Cette interrogation 460 suit de préférence l'éta- pe 450 à la figure 4 ou l'étape 550 à la figure 5. Lorsque l'interrogation 460 reconnaît qu'au- cun instant de commutation n'a pu être déterminé, un signal de défaut est émis dans l'étape 470 Ce signal de défaut peut avoir différents effets D'une part, on peut prévoir qu'avec un moyen approprié, comme par exemple un voyant de contrôle, on signale le défaut au conducteur; par ailleurs, il est nécessaire de mettre en route le fonctionnement de secours ou de couper le moteur thermique. Si l'interrogation 460 constate que l'in- stant de la commutation a été déterminé, le programme se poursuit avec l'étape 480. Pour réaliser cette interrogation, on dispo- se de plusieurs possibilités On peut contrôler que les pentes de 'la courbe de courant varient de façon considérable Cela signifie que l'on vérifie si la dé- rivée seconde de l'intensité en fonction du temps dé- passe un seuil Pour ce contrôle on peut interroger si la différence entre les deux pentes des deux droites est supérieure à une valeur de seuil. Comme autre variante, cette interrogation peut vérifier si le point d'intersection calculé des deux droites se situe à l'extérieur de la fenêtre dé- finie par les instants T 2 et T 3, c'est-à-dire si les deux droites sont pratiquement parallèles Dans l'af- firmative, si les pentes des deux droites sont prati- quement égales, ou si la différence entre les deux pentes est inférieure au seuil. A la place des valeurs des intensités, pour déterminer le temps de commutation on peut également exploiter d'autres grandeurs C'est ainsi que l'on peut utiliser tous les signaux qui présentent, au ni- veau du point de commutation, une section dans leur évolution chronologique On peut ainsi utiliser la fréquence de la cadence de commande du moyen de commu- tation Cela est notamment nécessaire dans le cas d'u- ne régulation à courant constant. R E V E N D I C A T IO N S 1 ) Procédé de commande d'une installation de dosage de carburant commandé par une soupape élec- tromagnétique, notamment pour un moteur Diesel, un in- stant de commutation (TSE, TSA) d'un utilisateur élec- tromagnétique ( 120) étant déterminé par détection d'un point de flexion dans la courbe de la grandeur en fonction du temps, grandeur qui correspond à l'inten- sité traversant l'utilisateur électromagnétique, pro- cédé caractérisé en ce qu'on exploite pour cela uni- quement des valeurs discrètes, distinctes de la gran- deur (IK) à des instants prédéterminés (TK). ) Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on détecte les valeurs discrètes (IK) dans un intervalle de temps (T 2; T 3) prédéterminé à partir d'une valeur (Il) détectée à un instant prédé- terminé (Tl). 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à partir de chaque fois au moins deux paires de valeurs (TK; IK) formées d'une valeur discrète (IK) et l'instant correspondant (TK), on dé- finit deux droites (Gi, G 2). 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que partant du point d'inter- section des droites on obtient le point de commutation (TSE, TSA) de l'utilisateur électromagnétique ( 20) et partant des instants de commutation on détermine les instants de branchement et/ou de coupure de l'utilisa- teur électromagnétique. 50) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que partant d'une va- leur (I(Tl)) détectée à un instant prédéterminé (Tl) on prédétermine un instant de commutation évalué (TSEP). 6 ) Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que cet instant de commutation évalué (TSEP) est corrigé à l'aide d'un terme correctif (DT). ) Procédé selon la revendication 6, carac- térisé en ce que ce terme correctif (DT) est prédéter- miné à partir du dosage précédent en partant de l'instant de commutation évalué (TSEP) et de l'instant de commutation (TSEG) déterminé à l'aide du procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 8 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on constate un défaut lorsqu'aucun point de commutation fiable ne peut se déterminer. ) Installation de commande d'une installa- tion de dosage de carburant à commande par soupape électromagnétique, notamment pour un moteur Diesel, comprenant des moyens ( 100) pour déterminer un instant de commutation d'un utilisateur électromagnétique ( 120) par détection d'un point d'inflexion dans la forme d'une grandeur en fonction du temps, grandeur correspondant au courant traversant l'utilisateur électromagnétique, installation caractérisée par des moyens de mesure ( 130, 140) qui exploitent seulement quelques valeurs discrètes (IK) à des instants prédé- terminés (TK). 100) Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de mesure compren- nent un convertisseur analogique/numérique ( 140).