FR2587757A1 - Perfectionnements aux dispositifs de commande des pompes d'injection des moteurs diesel - Google Patents

Perfectionnements aux dispositifs de commande des pompes d'injection des moteurs diesel Download PDF

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Abstract

IL S'AGIT DE COMMANDER LES POMPES D'INJECTION MULTIPLES 4 A 4 QUI ALIMENTENT EN COMBUSTIBLE RESPECTIVEMENT LES GROUPES DE CYLINDRES IDENTIQUES 3 A 3 D'UN MOTEUR DIESEL, DISPOSITIF COMPORTANT DES ACTIONNEURS ELECTROMAGNETIQUES 5 A 5 ASSOCIES RESPECTIVEMENT AUX DIFFERENTES POMPES ET COMMANDES A PARTIR D'UN MEME REGULATEUR DE VITESSE 6 PAR L'INTERMEDIAIRE DE REGULATEURS ELECTRONIQUES DE POSITION 9 A 9 AFFECTES RESPECTIVEMENT AUX DIFFERENTS ACTIONNEURS. LES COMMANDES ASSUREES PAR CES REGULATEURS SONT CORRIGEES AUTOMATIQUEMENT EN FONCTION DES FONCTIONNEMENTS REELS DES GROUPES DE CYLINDRES CONSIDERES DE FACON A EGALISER ENTRE ELLES LES PUISSANCES MOTRICES ENGENDREES PAR CES GROUPES, LESDITS FONCTIONNEMENTS REELS ETANT NOTAMMENT DEFINIS PAR LES TEMPERATURES DES MELANGES GAZEUX SORTANT DES CYLINDRES CORRESPONDANTS.

Description

Perfectionnements aux dispositifs de commande des pompes d'injection des moteurs Diesel
L'invention est relative aux dispositifs pour commander les différentes pompes d'injection propres à alimenter en combustible les cylindres identiques ou groupes de cylindres identiques compris par les moteurs
Diesel de grande puissance.
Dans le présent mémoire, on désignera par l'expression "groupes de cylindres" les groupes identiques de cylindres dont les alimentations sont commandées respectivement par les différentes pompes d'injection du moteur considéré, le nombre des cylindres compris par chaque groupe étant généralement supérieur à 1, mais pouvant être égal à 1, et le nombre n des groupes du moteur étant au moins égal à 2.
A titre purement illustratif et non limitatif de l'invention, on indique que celle-ci s'applique avec avantage à l'équipement des moteurs Diesel propulseurs de navires qui comportent au moins une nappe de vingt cylindres répartis en quatre groupes de cinq cylindres chacun, chacun de ces groupes étant alimenté en combustible par une pompe d'injection : la puissance développée par un tel moteur comportant deux nappes du genre indiqué peut atteindre et même dépasser 8.000 chevaux.
Dans les modes de réalisation connus, les "crans" ou positions des organes de commande des différentes pompes d'injection affectées respectivement aux alimentations des différents groupes de cylindres sont réglés à partir d'un même régulateur de vitesse par l'intermédiaire d'un même actionneur, notamment électromagnétique, et d'un mécanisme à tringles interposé entre cet actionneur et lesdits organes de commande.
Ce mécanisme est relativement encombrant, il est sensible aux augmentations des jeux dues à l'usure ainsi qu'aux dilatations différentielles des tringles et il manque de souplesse en ce sens par exemple qu'il est difficile de modifier les réglages individuels des pompes de façon à tenir compte des fonctionnements réels des différents groupes de cylindres.
L'invention a pour but surtout de remédier à ces différents inconvénients.
A cet effet les dispositifs de commande du genre en question selon l'invention comportent encore un régulateur de vitesse commun aux différents groupes de cylindres et ils sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comportent en outre un actionneur électromagnétique affecté à la commande de chaque pompe d'injection, un régulateur électronique de position affecté à chaque actionneur et lui-même commandé par le régulateur de vitesse, et des moyens de correction pour égaliser les puissances motrices engendrées par les différents groupes de cylindres, moyens comportant d'une part des moyens pour détecter à chaque instant la valeur d'un paramètre donné p liée au fonctionnement réel de chaque groupe de cylindres et, d'autre part, des moyens pour comparer à chaque instant à une valeur de référence p r dudit paramètre la valeur, de ce paramètre, détectée pour chacun des groupes, pour élaborer un terme correctif en fonction du résultat de chacune de ces comparaisons et pour appliquer ce terme au régulateur électronique de position associé au groupe concerné, lequel régulateur est agencé de façon telle que la commande assurée par lui soit corrigée à chaque instant par le susdit terme dans le sens de l'égalisation désirée.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la valeur de référence Pr du paramètre p à chaque ins
tant est celle détectée à cet instant pour l'un des n
groupes et les corrections n'affectent alors que les
n-l autres groupes, - la valeur de référence pr du paramètre p -à chaque ins
tant est celle détectée à cet instant pour l'ensemble
du moteur, - le paramètre p est la moyenne des températures de sortie
des différents cylindres du groupe concerné, - le paramètre p est la moyenne des pressions de surali
mentation des différents cylindres du groupe concerné, - le paramètre p est la moyenne des puissances indiquées
des différents cylindres du groupe concerne.
L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après.
Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive.
La figure unique, de ce dessin, montre schématiquement un moteur Diesel présentant plusieurs pompes d'injection qui sont commandées à l'aide de moyens de régulation électronique conformément à l'invention.
Le moteur en question, désigné par la référence 1, entraîne un arbre de sortie 2 qui est destiné de préférence à l'entraînement d'une hélice de propulsion pour navire.
Ce moteur 1 comprend quatre groupes identiques de cylindres 31, 32, 33 et 34 comportant par exemple chacun cinq cylindres.
Chacun de ces quatre groupes est alimenté en combustible (gas-oil) par une pompe d'injection 41 42, 43 et 44.
Le débit du combustible injecté par chaque pompe dans les cylindres du groupe associé est fonction de la position longitudinale (ou "cran") d'une crémaillère elle-même directement liée à la position angulaire d'un actionneur électromagnétique 51, 52, 53 et 54, au moyen d'un mécanisme de précision approprié mettant en oeuvre de préférence des contacts par roulement.
Les positions angulaires des quatre actionneurs électromagnétiques sont déterminées à partir d'un même régulateur de vitesse 6 en fonction de la vitesse d'entraînement V désirée pour l'arbre 2.
A cet effet, ledit régulateur 6 reçoit d'une part une instruction de consigne fonction de cette vitesse désirée V, instruction déterminée par la position d'un organe de commande 7 manuel ou autre et, d'autre part, une information relative à la vitesse de rotation réelle de l'arbre 2, information élaborée à partir d'un capteur de vitesse 8.
I1 compare en permanence la vitesse de consigne et la vitesse réelle et le résultat de cette comparaison est un signal S qui est exploité pour commander à distance les variations de position des actionneurs 51, 52, 53, 54 de façon à égaliser les deux vitesses en question.
Cette commande est assurée par voie électronique.
A cet effet, on a recours à quatre régulateurs électroniques de position 91, 92, 93 et 94 associés chacun à l'un des quatre actionneurs et agencés de façon à commander à distance les variations de position angulaire de cet actionneur en fonction des instructions reçues.
Ces instructions sont - d'une part, le signal S provenant du régulateur de vites
se 6, signal qui est appliqué en parallèle sur une entrée
101, 102, 103, 104 de chacun des quatre régulateurs de position, - et, d'autre part, un signal correctif C dont il sera
question ci-après et qui est appliqué sur une seconde
entrée 112, 113, 114 d'au moins trois des régulateurs
de position considérés.
La correction a pour but d'égaliser à chaque instant les puissances développées par les quatre groupes identiques de cylindres.
I1 importe en effet que les contributions de ces différents groupes à l'effort moteur soient identiques entre elles pour éviter les vibrations, les réductions de rendement et les fatigues anormales de certains groupes.
A cet effet, l'on détecte pour chaque groupe la valeur d'un paramètre p liée au fonctionnement réel de ce groupe et on élabore un signal pl, p2, p3, pq en corres- pondance.
Puis on compare chacun de ces différents signaux à une valeur de référence Pr du même paramètre p et on élabore dans chaque cas un terme correctif C fonction du résultat de cette comparaison.
Chacun de ces termes correctifs est ensuite appliqué au régulateur de position concerné, lequel est agencé de façon à exploiter cette application dans le sens de l'égalisation désirée des puissances des différents groupes de cylindres, en corrigeant en correspondance la position de l'actionneur auquel il est affecté.
Le paramètre p dont la valeur est détectée pour chaque groupe de cylindres est de préférence la moyenne des températures des mélanges gazeux sortant des différents cylindres du groupe considéré, la détection de chaque température étant avantageusement effectuée à l'aide d'un thermocouple.
Dans un tel cas, il convient de prévoir des moyens pour neutraliser automatiquement les erreurs qui pourraient être dues à la rupture d'un thermocouple en mettant automatiquement cet appareil en dehors du circuit qui élabore la moyenne thermique choisie comme paramètre de pilotage.
Le paramètre p peut également être la pression de suralimentation moyenne de l'ensemble des cylindres du groupe considéré.
Ce dernier choix est particulièrement indiqué lorsque le moteur 1 est composé de deux nappes de cylindres comportant chacune un grand nombre de cylindres (par exemple 20), lesdites nappes étant susceptibles d'être mises en service à volonté séparément ou simultanément par des organes d'embrayage appropriés : en effet, dans un tel cas, il peut arriver que les valeurs des températures d'échappement soient différentes pour des puissances motrices identiques engendrées par les deux nappes, par exemple en raison d'agencements différents des tuyauteries de suralimentation d'air reliant respectivement les cylindres des deux nappes aux deux turbocompresseurs correspondants.
Selon une autre variante, on choisit comme paramètre p la moyenne des puissances indiquées observables à l'intérieur des différents cylindres de chaque groupe on sait que ce paramètre est le produit de la pression instantanée régnant dans la chambre de combustion (pression détectable à travers un petit canal débouchant dans cette chambre) par la variation de volume de cette chambre (variation calculable en fonction de la vitesse réelle du moteur et de la connaissance de l'instant de passage du piston en sa position de point mort haut).
La valeur de référence pr considérée pour le paramètre p peut être déterminée à l'échelle du moteur dans son ensemble, étant par exemple la température des gaz d'échappement sortant de ce moteur, ou encore une valeur de cette température déterminée systématiquement eh fonction de la vitesse réelle de l'arbre du moteur et de la charge réelle appliquée sur cet arbre.
Dans le mode de réalisation préféré illustré, ladite valeur de référence pr est celle qui est détectée pour l'un des quatre groupes de cylindres, et plus précisément pour le groupe d'indice I : il s'agit donc ici de la valeur p1.
Dans ce cas on ne corrige en rien le fonction nement de ce premier groupe, choisi comme référence : ce sont uniquement les fonctionnements de trois autres groupes d'indices 2, 3 et 4 que l'on corrige en vue de les rendre identiques à celui du premier groupe, en agissant en conséquence sur la position ou "cran" de sa pompe d'injection, c'est-à-dire sur la position de son actionneur.
A cet effet, pour chacun de ces trois autres groupes, le signal qui correspond à la valeur p1 choisie comme référence est appliqué sur l'une des deux entrées d'un comparateur 122, 123 ou 124, lequel reçoit sur son autre entrée le signal p2, p3 ou p4 qui représente la valeur du paramètre p détectée pour l'autre groupe concerné.
Ce sont ensuite les sorties de ces trois-comparateurs qui constituent les signaux correctifs C appliqués respectivement sur les secondes entrées 112, 113 et 114 des régulateurs de position 92, 93 et 94.
Pour pouvoir commander à distance les rotations des actionneurs 51, 52, 53, 54, les régulateurs de position électroniques 91 92, 93, 94 sont agencés-de façon à élaborer, en fonction des instructions S et C qu'ils reçoivent, des signaux appropriés de télécommande T.
Ces signaux T se présentent par exemple sous la forme de suites d'impulsions de tension rectangulaires dont les hauteurs sont constantes et dont les largeurs sont d'autant plus grandes que les déplacements angulaires à commander sont plus grands.
De leur côté les actionneurs comprennent des électro-aimants dont les bobines sont alimentées par ces signaux T, et qui sont agencés de façon à développer un champ magnétique d'autant plus intense que les largeurs des impulsions composant lesdits signaux sont elles-mêmes plus grandes, et ce champ est exploité de façon à déplacer angulairement une armature liée à la roue dentée ou crantée dont question ci-dessus avec une amplitude proportion nelle à l'intensité dudit champ, ledit déplacement angulaire étant effectué à l'encontre de l'effort de rappel d'un ressort approprié.
Selon un perfectionnement intéressant mais non indispensable, on prévoit auprès de chaque actionneur un capteur de position (non représenté) propre à élaborer un signal fonction de la position de cet actionneur ou ce qui revient au même, fonction de la position de la crémaillère cinématiquement liée à cet actionneur, et l'on applique ce signal sur le régulateur correspondant.
On peut ainsi, tout comme pour le régulateur de vitesse 6 décrit ci-dessus, tenir compte au niveau de chaque régulateur de position de la position réelle occupée à chaque instant par l'actionneur commandé par ledit régulateur, ce qui évite les inconvénients dus aux dérives des commandes à distance tout en améliorant l'exécution de ces commandes.
Pour éviter que la simple mise hors service d'un tel capteur de position se traduise par l'arrêt ou par la mise en pleine marche du groupe de cylindres associé, on exploite avantageusement un signal aberrant créé par une telle mise hors service de façon à placer automatiquement ledit actionneur en une position correspondant à une alimentation réduite en combustible du groupe de cylindres concerné.
On a représenté en 13 un circuit électronique interposé entre le régulateur de vitesse 6 et les régulateurs de position 91 à 94, circuit qui permet de tenir compte d'un certain nombre d'instructions schématisées par la flèche 14, instructions telles que les arrivées des crémaillères en fin de course ou que l'atteinte de la charge maximum susceptible d'être appliquée sur l'arbre 2 pour chaque valeur réelle de la vitesse donnée à cet arbre.
En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de commande des pompes d'injection multiples d'un moteur
Diesel dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède.
Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus de régulation mécanique, en particulier en ce qu'il permet de réduire. l'en- combrement hors tout du moteur et en ce qu'if se prête à des commandes à la fois plus fiables et plus souples.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour commander les pompes d'injection multiples (41 à 44) propres à alimenter en combustible respectivement les différents groupes de cylindres identiques (31 à 34) d'un moteur Diesel, comportant un régulateur de vitesse (6), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un actionneur électromagnétique (51 à 54) affecté à la commande de chaque pompe d'injection, un régulateur électronique de position (91 à 94) affecté à chaque actionneur et lui-meme commandé par le régulateur de vitesse, et des moyens de correction pour égaliser entre elles les puissances motrices engendrées par les différents groupes de cylindres, moyens comportant d'une part des moyens pour détecter à chaque instant la valeur d'un paramètre donné p liée au fonctionnement réel de chaque groupe de cylindres, et d'autre part des moyens (122, 123, 124) pour comparer à chaque instant à une valeur de référence Pr dudit paramètre la valeur, de ce paramètre, détectée pour chacun des groupes, pour élaborer un terme correctif en fonction du résultat de chacune de ces comparaisons et pour appliquer ce terme au régulateur de position associé au groupe concerné, lequel régulateur est agencé de façon telle que la commande assurée par lui soit corrigée à chaque instant par le susdit terme dans le sens de l'égalisation désirée.
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence Pr du paramètre p à chaque instant est celle détectée à cet instant pour l'un des n groupes, les corrections n'affectant alors que les n-l autres groupes.
3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence pr du paramètre p à chaque instant est celle détectée à cet instant pour l'ensemble du moteur.
4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le paramètre p est la moyenne des températures de sortie des différents cylindres du groupe concerné.
5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le paramètre p est la moyenne des pressions de suralimentation des différents cylindres du groupe concerne.
6. Dispositif de commande selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le paramètre p est la moyenne des puissances indiquées des différents cylindres du groupe concerne.
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