FR2677405A1

FR2677405A1 - PRESSURE ADJUSTING DEVICE.

Info

Publication number: FR2677405A1
Application number: FR9206769A
Authority: FR
Inventors: Schmauder Joachim
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1992-12-11
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: DE4118712C1; IT1254149B; ITRM920423A1; FR2677405B1; ITRM920423A0

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour régler la pression, en aval d'un papillon disposé dans une conduite d'admission d'un moteur à combustion interne et commandant la section d'écoulement de cette conduite, à une valeur de consigne dépendant d'au moins un paramètre de service du moteur. Un premier circuit de réglage est prévu, par l'intermédiaire duquel le papillon peut, à l'aide d'un servo-entraînement, être réglé à une position d'ouverture correspondant à la valeur de consigne. Afin d'empêcher que le réglage subisse des influences telles que des pulsations de pression dans la conduite, l'encrassement d'un capteur enregistrant la valeur effective, des paramètres extrêmement variables, etc., l'invention prévoit un second circuit de réglage (12), séparé du premier circuit de réglage (23) et produisant la pression de consigne (p1, so11). Le servo-entraînement est constitué d'un cylindre à double effet (6) dans lequel est monté un piston de commande mobile (5) séparant deux chambres de commande (8, 9) l'une de l'autre, une (9) des chambres de commande étant sollicitée par la pression de consigne (p1, so11) produite dans le second circuit de réglage (12) et l'autre chambre de commande (8) par la pression (p1) régnant dans la conduite d'admission (1) en aval du papillon (3). De plus, le piston de commande (5) est fonctionnellement relié au papillon (3) de telle sorte que, lorsque la pression (p1) dans la conduite d'admission (1) augmente, le papillon (3) soit déplacé en direction de sa position de fermeture.The invention relates to a device for adjusting the pressure, downstream of a butterfly valve arranged in an intake pipe of an internal combustion engine and controlling the flow section of this pipe, to a set value depending on at least one engine service parameter. A first adjustment circuit is provided, by means of which the throttle can, with the aid of a servo-drive, be adjusted to an open position corresponding to the set value. In order to prevent the adjustment from being subjected to influences such as pressure pulsations in the pipe, contamination of a sensor recording the actual value, extremely variable parameters, etc., the invention provides a second adjustment circuit ( 12), separated from the first control circuit (23) and producing the setpoint pressure (p1, so11). The servo drive consists of a double-acting cylinder (6) in which is mounted a movable control piston (5) separating two control chambers (8, 9) from each other, one (9) control chambers being requested by the setpoint pressure (p1, so11) produced in the second control circuit (12) and the other control chamber (8) by the pressure (p1) prevailing in the intake pipe ( 1) downstream of the butterfly (3). In addition, the control piston (5) is operatively connected to the throttle (3) so that when the pressure (p1) in the intake pipe (1) increases, the throttle (3) is moved in the direction of its closed position.

Description

i Dispositif de réglage de pressioni Pressure regulating device

La présente invention concerne un dispositif pour régler la pres- The present invention relates to a device for adjusting the pressure

sion, en aval d'un papillon disposé dans une conduite d'admission d'un moteur à combustion interne et commandant la section d'écoulement de la conduite d'admission, à une valeur de consigne dépendant d'au moins un paramètre de service du moteur, avec un premier circuit de downstream of a throttle valve disposed in an intake duct of an internal combustion engine and controlling the flow section of the intake duct to a set value dependent on at least one service parameter of the engine, with a first circuit of

réglage par l'intermédiaire duquel le papillon peut, à l'aide d'un servo- setting by which the throttle can, with the aid of a servo-

entraînement, être réglé à une position d'ouverture correspondant à la drive, be set to an open position corresponding to the

valeur de consigne.setpoint.

Dans un système de réglage de la pression dans la conduite d'admission d'un moteur à combustion interne, connu par la demande de brevet allemand antérieure P 39 39 754 8-13, la valeur effective est In a system for regulating the pressure in the intake duct of an internal combustion engine, known from the earlier German patent application P 39 39 754 8-13, the actual value is

directement prélevée en aval du papillon Le capteur de pression uti- directly taken downstream of the throttle valve The pressure sensor used

lisé à cet effet est donc exposé en permanence aux gaz d'admission, de sorte qu'il est relativement rapidement encrassé par les impuretés qui sont conjointement entraînées dans le flux d'air d'admission, telles que de l'eau de condensation, de l'huile, de la suie (en cas par exemple de recyclage simultané des gaz d'échappement), et qu'il ne peut plus fournir que des valeurs de mesure imprécises, de sorte qu'il faut s'attendre à des écarts relativement importants de la valeur effective For this purpose, it is therefore permanently exposed to the inlet gases, so that it is relatively quickly fouled by the impurities which are jointly entrained in the intake air flow, such as condensation water. oil, soot (in the event of, for example, simultaneous exhaust gas recirculation), and that it can only provide inaccurate measurement values, so that variations can be expected. relatively large of the effective value

par rapport à la valeur de consigne Un autre problème d'un tel sys- relative to the set point Another problem with such a system

tème de réglage de pression réside dans le fait que la pression ré- The pressure adjustment system lies in the fact that the pressure

gnant dans la conduite d'admission ne dépend pas exclusivement de la position du papillon proprement dît, mais aussi, dans une très forte mesure, d'autres paramètres tels que le régime momentané du moteur, le couple moteur et le rapport effectif de transmission entre la course de l'organe de commande et l'angle du papillon De tels systèmes de réglage ont une très forte tendance à l'instabilité et ne permettent que in the intake pipe does not depend exclusively on the position of the throttle itself, but also, to a very large extent, other parameters such as the momentary engine speed, the engine torque and the effective transmission ratio between the stroke of the control member and the angle of the throttle Such adjustment systems have a very strong tendency to instability and only allow

des vitesses de réglage relativement faibles. relatively low adjustment speeds.

La présente invention a donc pour but d'indiquer un dispositif The present invention therefore aims to indicate a device

du type mentionné en introduction qui permette de supprimer les in- of the type mentioned in the introduction which makes it possible to

convénients précités.aforementioned conveniences.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'un second cir- According to the invention, this object is achieved by the fact that a second circuit

cuit de réglage est prévu, séparé du premier circuit de réglage et produisant la pression de consigne, que le servo-entraînement est control is provided, separated from the first control circuit and producing the set pressure, that the servo drive is

constitué d'un cylindre à double effet dans lequel est monté un pis- consisting of a double-acting cylinder in which a piston

ton de commande mobile séparant deux chambres de commande l'une de l'autre, qu'une des deux chambres de commande est sollicitée par la pression de consigne produite dans le second circuit de réglage, que l'autre chambre de commande est sollicitée par la pression régnant dans la conduite d'admission en aval du papillon, et que le piston de commande est fonctionnellement relié au papillon de telle sorte que, lorsque la pression dans la conduite d'admission augmente, le papillon mobile control tone separating two control chambers from one another, that one of the two control chambers is solicited by the set pressure produced in the second control circuit, that the other control chamber is requested by the pressure prevailing in the intake pipe downstream of the throttle, and that the control piston is operatively connected to the throttle valve so that, as the pressure in the intake pipe increases, the throttle valve

soitdéplacé en direction de sa position de fermeture. is moved towards its closed position.

Le dispositif selon l'invention prévoit de produire la valeur de consigne pour la pression dans la conduite de transport de fluides dans un second circuit de réglage On n'a plus besoin d'un capteur de pression sensible, disposé dans la conduite, pour déterminer la valeur The device according to the invention provides for producing the set value for the pressure in the fluid transport pipe in a second control circuit. There is no longer a need for a sensitive pressure sensor disposed in the pipe to determine the value

effective Le capteur de pression peut donc être disposé, dans le se- effective The pressure sensor can be arranged in the se-

cond circuit de réglage, à un endroit o n'apparaissent pas de pulsa- cond tuning circuit, at a place where no pulse appears

tions de pression et o des impuretés ne sont pas à craindre Le dis- tions of pressure and o impurities are not to be feared.

positif selon l'invention convient ainsi également pour régler des pres- positive embodiment according to the invention is thus also suitable for regulating

sions dans des conduites dans lesquelles apparaissent des impuretés importantes, par exemple dans la conduite d'admission d'un moteur à in ducts in which there are significant impurities, for example in the intake duct of a combustion engine.

combustion interne lorsque le recyclage des gaz d'échappement est ac- internal combustion when the exhaust gas recirculation is

tivé Le circuit de réglage actionnant l'élément d'obturation constitue The control circuit that operates the shutter element is

un intégrateur à contre-réaction proportionnelle, qui présente globale- a proportional feedback integrator, which has a global

ment un comportement proportionnel avec une constante de temps; proportional behavior with a time constant;

dans la branche de contre-réaction, les influences de tous les para- in the counter-reaction branch, the influences of all

mètres du système sont prises en compte, notamment celles des para- meters of the system are taken into account, in particular those of

mètres non constants, et elles se compensent d'elles-mêmes par suite meters not constant, and they compensate themselves as a result

de l'amplification de -1 dans la branche de contre-réaction Cela re- of the amplification of -1 in the negative feedback branch

vient à une adaptation adaptative de l'ensemble du régulateur Dans le dispositif selon l'invention, les deux circuits de réglage peuvent être optimisés indépendamment l'un de l'autre, de sorte que le système peut adaptive adaptation of the entire controller In the device according to the invention, the two control circuits can be optimized independently of one another, so that the system can

globalement être adapté d'une manière plus simple et qu'on peut obte- globally be adapted in a simpler way and that one can obtain

nir un réglage de pression de haute qualité dynamique. create a high quality dynamic pressure setting.

Selon une configuration supplémentaire avantageuse de l'invention, la surface active du piston de commande, sur laquelle agit la pression produite dans le second circuit de réglage, et la surface active du piston de commande, sur laquelle agit la pression régnant According to an advantageous additional configuration of the invention, the active surface of the control piston, on which the pressure produced in the second control circuit acts, and the active surface of the control piston, on which the pressure prevailing

dans la conduite d'admission en aval du papillon, sont de tailles sensi- in the intake duct downstream of the throttle, are sensitively sized

blement identiques.identical.

L'exposé qui suit décrit plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation qui est représenté sur l'unique figure du dessin annexé. Sur cette figure, la référence 1 désigne une conduite d'admission, qui alimente en air frais un moteur à combustion interne Le sens d'écoulement de l'air frais est représenté par les flèches 2 Un élé- ment d'obturation réalisé sous la forme d'un papillon 3 est disposé dans cette conduite d'admission 1, et il permet de commander la section The following description describes in more detail the invention with the aid of an embodiment which is shown in the single figure of the appended drawing. In this figure, the reference 1 designates an intake duct, which supplies fresh air to an internal combustion engine. The flow direction of the fresh air is represented by the arrows 2. butterfly 3 is arranged in this intake duct 1, and allows the section to be controlled

d'écoulement et par suite la pression pi en aval du papillon 3 Le pa- flow and hence the pressure pi downstream of the butterfly 3

pillon est relié à un piston de commande 5 par une tringlerie 4 Ce piston de commande 5 est guidé dans un cylindre à doubleeffet 6 et peut se déplacer selon la double flèche 7 Le piston de commande 5 sépare donc, dans le cylindre 6, deux chambres de commande 8 et 9 l'une de l'autre, la première chambre de commande 8 étant sollicitée, par l'intermédiaire de la conduite 10, par la pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 Par contre, par l'intermédiaire de la conduite 11, la seconde chambre de commande 9 est sollicitée par une pression qui est produite dans un second circuit de réglage séparé 12, de la manière suivante Une dépression pu est The control piston 5 is connected to a control piston 5 by a linkage 4 This guide piston 5 is guided in a double-acting cylinder 6 and can move along the double arrow 7. The control piston 5 thus separates, in the cylinder 6, two chambers. 8 and 9 of the other, the first control chamber 8 being biased, via the pipe 10, by the pressure pi prevailing in the inlet pipe 1 downstream of the throttle valve 3 through the conduit 11, the second control chamber 9 is biased by a pressure which is produced in a second separate control circuit 12, as follows.

produite par une pompe à dépression 13 dans la conduite de dépres- produced by a vacuum pump 13 in the vacuum line

sion 14 raccordée à cette pompe La conduite de dépression 14 est rac- connected to this pump The vacuum line 14 is connected

cordée à un convertisseur électro-pneumatique de pression 15, qui mo- corded to an electro-pneumatic pressure converter 15, which modulates

dule la dépression pu produite par la pompe à dépression 13 en fonc- the pu depression produced by the vacuum pump 13 as a function of

tion de plusieurs paramètres de service 16 du moteur à combustion tion of several service parameters 16 of the combustion engine

interne Ces paramètres de service sont par exemple la charge du mo- These service parameters are, for example, the load of the

teur, le régime du moteur, la température du moteur, etc Afin de maintenir constante la dépression modulée correspondant au point de service respectif, elle est rajustée à l'aide d'un régulateur électronique 17, qui asservit le convertisseur 15 conformément à l'écart de la valeur the engine speed, the engine temperature, etc. In order to maintain constant the modulated depression corresponding to the respective service point, it is adjusted by means of an electronic regulator 17, which slaves the converter 15 in accordance with the difference in value

effective mesurée par le capteur de pression 18 par rapport à la va- measured by the pressure sensor 18 with respect to

leur de consigne pi,sn correspondant au point de service La dépres- their set point pi, sn corresponding to the point of service.

sion pu produite par la pompe à dépression 13 est modulée par le convertisseur 15, conformément aux paramètres de service 16, à une valeur qui correspond à la valeur de consigne pî,sou pour la pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 La pression régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 produit une force, agissant sur le piston de commande 5, qui est exactement opposée à la force résultant de la pression dans la seconde chambre de commande 9 Comme la surface active 19, tournée vers la première chambre de commande 8, et la surface active 20, tournée vers la seconde chambre de commande 9, du piston de commande 5 sont de The pu pressure produced by the vacuum pump 13 is modulated by the converter 15, in accordance with the operating parameters 16, to a value which corresponds to the set value p1, sou for the pressure pi prevailing in the intake duct 1 downstream. The pressure in the intake pipe 1 downstream of the throttle valve 3 produces a force, acting on the control piston 5, which is exactly opposite to the force resulting from the pressure in the second control chamber 9. active surface 19, turned towards the first control chamber 8, and the active surface 20, turned towards the second control chamber 9, of the control piston 5 are

même taille (la superficie de section de la tige de piston 21 de la trin- same size (the section area of the piston rod 21 of the trin-

glerie 4 est ici négligeable), un équilibre s'établit sur le piston de commande 5 si les pressions dans les deux chambres de commande 8 et 9 sont de même valeur, en d'autres termes si la valeur effective de la glerie 4 is here negligible), an equilibrium is established on the control piston 5 if the pressures in the two control chambers 8 and 9 are of the same value, in other words if the effective value of the

pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 est égale à la va- the pressure p1 prevailing in the intake pipe 1 is equal to the

leur de consigne plasn Les deux surfaces actives 19 et 20 du piston de commande 5 peuvent aussi être de tailles différentes Il faut alors, lors de la production de la pression dans le second circuit de réglage The two active surfaces 19 and 20 of the control piston 5 can also be of different sizes. It is then necessary, during the production of the pressure in the second control circuit.

12, tenir compte du rapport entre les deux surfaces actives 19 et 20. 12, take into account the ratio between the two active surfaces 19 and 20.

La position du piston de commande 5 détermine la position du pa- The position of the control piston 5 determines the position of the

pillon 3, et donc la pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 La tringlerie 4 reliant le piston de commande 5 au papillon 3 est conçue de telle sorte que, lorsque la pression pi pillon 3, and therefore the pressure pi prevailing in the intake pipe 1 downstream of the throttle valve 3 The linkage 4 connecting the control piston 5 to the throttle valve 3 is designed so that, when the pressure pi

dans la conduite d'admission 1 augmente, le papillon 3 soit tiré en di- in the intake pipe 1 increases, the throttle valve 3 is pulled in di-

rection de la position de fermeture (flèche 22), et vice-versa Une va- closing position (arrow 22), and vice versa.

leur de consigne pî,soi croissante (pression dans la seconde chambre de commande 9) produit un déplacement du papillon 3 en direction de la position d'ouverture, et vice-versa On garantit donc toujours que le papillon 3 soit réglé à une position quiproduise dans la conduite d'admission 1 une pression pi quisoit de même valeur que la pression dans la seconde chambre de commande 9 La pression pi dans la conduite d'admission 1 est ainsi, par l'intermédiaire du premier circuit de réglage 23, réglée à la valeur de consigne pî,is correspondant au point de service respectif Le second circuit de réglage 12 fait en sorte que cette valeur de consigne pî,salu, bien sûr pour le point de service respectif du moteur à combustion interne, reste toujours constante Si, à un point de service donné du moteur à combustion interne, une brusque augmentation de pression a lieu dans la conduite d'admission 1, cela a pour conséquence que le piston de commande 5 se déplace dans le sens de la flèche 24, ce qui s'accompagne d'un déplacement du papillon 3 en direction de la position de fermeture Or, un déplacement du papillon 3 en direction de la position de fermeture produit une diminution de la pression pi régnant en aval du papillon 3, de sorte que le piston de commande 5 se déplace à nouveau dans le sens de la flèche 25 et donc que le papillon 3 est à nouveau un peu plus ouvert (flèche 26) Toute modification de pression en aval du papillon 3 est ainsi compensée, et ce quelle que soit l'influence qui a their increasing set point (pressure in the second control chamber 9) produces a displacement of the throttle valve 3 towards the open position, and vice versa. It is therefore always ensured that the throttle valve 3 is set to a position which produces in the inlet duct 1 a pressure pi is of the same value as the pressure in the second control chamber 9 The pressure pi in the intake duct 1 is thus, via the first control circuit 23, set to the set value p1, is corresponding to the respective service point The second control circuit 12 ensures that this setpoint value p1, of course, for the respective service point of the internal combustion engine, remains constant if at a given service point of the internal combustion engine, a sudden increase in pressure takes place in the intake pipe 1, with the result that the control piston 5 moves in the direction of the with arrow 24, which is accompanied by a displacement of the throttle 3 towards the closed position Gold, a displacement of the throttle valve 3 towards the closed position produces a decrease in the pressure pi prevailing downstream of the throttle valve 3 , so that the control piston 5 moves again in the direction of the arrow 25 and therefore that the butterfly 3 is again a little more open (arrow 26) Any pressure change downstream of the butterfly 3 is compensated, whatever the influence that has

provoqué cette modification de pression On garantit ainsi que la pres- This change in pressure is thus guaranteed.

sion pi régnant en aval du papillon 3 soit, par l'intermédiaire de ce premier circuit de réglage 23, toujours réglée à la valeur de consigne the distance pi prevailing downstream of the throttle valve 3 is, via this first adjustment circuit 23, always set to the set point

pi,son correspondant au point de service respectif du moteur à com- pi, its corresponding to the respective service point of the engine to com-

bustion interne.internal bustion.

Si une charge supérieure est imprimée au moteur, par exemple par le conducteur (par l'intermédiaire de la pédale d'accélération), la dépression pu produite par la pompe à dépression 13 est diminuée par l'intermédiaire du convertisseur électro-pneumatique 15, ce qui veut If a higher load is impressed on the motor, for example by the driver (via the accelerator pedal), the pu depression produced by the vacuum pump 13 is decreased by means of the electro-pneumatic converter 15, what wants

dire que la pression régnant dans la conduite 11 en aval du convertis- say that the pressure in line 11 downstream of the converts

seur 15, ou encore dans la seconde chambre de commande 9, augmente 15, or in the second control chamber 9, increases

du montant correspondant En conséquence de celà, le piston de com- of the corresponding amount As a result of this, the piston of

mande 5 est déplacé d'un montant correspondant dans le sens de mande 5 is moved by a corresponding amount in the direction of

la flèche 25, et le papillon 3 s'ouvre donc plus (flèche 26, représenta- the arrow 25, and the butterfly 3 opens more (arrow 26, representing

tion en trait mixte du papillon 3) On obtient alors à nouveau un équi- dashed line of the butterfly 3).

libre de forces sur le piston de commande 5, dans la mesure o la pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 atteint la même valeur que la pression régnant dans la seconde free of forces on the control piston 5, insofar as the pressure pi prevailing in the intake pipe 1 downstream of the throttle valve 3 reaches the same value as the pressure prevailing in the second

chambre de commande 9, qui représente la valeur de consigne pî,so. control chamber 9, which represents the set value p1, so.

Dans la mesure o aucune modification de pression n'a entre-temps lieu dans la chambre de commande 9, le papillon 3 est maintenant réglé, par l'intermédiaire du premier circuit de réglage 23 (cylindre 6, piston de Since no pressure change has in the meantime taken place in the control chamber 9, the throttle valve 3 is now adjusted by means of the first adjustment circuit 23 (cylinder 6, piston of

commande 5, tringlerie 4, etc), à la position représentée en trait mixte. control 5, linkage 4, etc.), in the position shown in phantom.

Dans l'exemple de réalisation représenté, la pression pi régnant dans la conduite d'admission 1 en aval du papillon 3 est réglée à des In the exemplary embodiment shown, the pressure pi prevailing in the intake duct 1 downstream of the throttle valve 3 is set to

valeurs inférieures à la pression ambiante (moteurs à aspiration natu- values below ambient pressure (naturally aspirated

relle) Mais il est également possible d'utiliser le dispositif selon l'invention dans la conduite d'air de suralimentation d'un moteur à However, it is also possible to use the device according to the invention in the supercharging air line of a combustion engine.

combustion interne doté d'un turbocompresseur à gaz d'échappement. internal combustion with an exhaust gas turbocharger.

Dans ce cas, il faut moduler d'une manière correspondante, dans le se- In this case, it is necessary to modulate in a corresponding way, in the se-

cond circuit de réglage 12 produisant la valeur de consigne pî,sou cond adjusting circuit 12 producing the set value p1, p

pour la pression pi régnant en aval du papillon 3, non pas une dé- for the pressure pi prevailing downstream of the butterfly 3, not one

pression, mais une surpression La pompe 13 devrait alors être conçue pressure, but an overpressure The pump 13 should then be designed

comme pompe refoulante.as a pressure pump.

De même, l'invention ne se limite pas à un dispositif pouvant exclusivement être utilisé dans le domaine des moteurs à combustion in- Likewise, the invention is not limited to a device that can exclusively be used in the field of internal combustion engines.

terne D'une manière générale, on peut envisager tout domaine d'application o il s'agit de régler une pression, régnant dans une5 conduite de transport de fluides en aval d'un élément d'obturation commandant la section d'écoulement, à une valeur de consigne allouée p 1, Sl L In general, it is possible to envisage any field of application where it is necessary to regulate a pressure in a fluid transport pipe downstream of a shutter element controlling the flow section. an assigned setpoint p 1, Sl L

Claims

1 Device for adjusting the pressure, downstream of a throttle arranged in an intake pipe of an internal combustion engine and controlling the flow section of the intake pipe, to a set value depending on minus one engine service parameter, with a first control circuit through which

the throttle valve can be adjusted to a variable speed by means of a servo drive.

opening position corresponding to the set point,

characterized in that a second adjusting circuit (12) is provided,

equipped with the first adjustment circuit (23) and producing the set pressure (pison), in that the servo drive consists of a

double-acting cylinder (6), in which a piston of

mobile unit (5) separating two control chambers (8, 9) from each other, in that one (9) of the two control chambers is solicited by the set pressure (p Ysou) produced in the second circuit

(12), in that the other control chamber (8) is

quoted by the pressure (pi) in the intake pipe (1) downstream of the

butterfly (3), and that the control piston (5) is functional-

connected to the throttle valve (3) so that when the pressure (pi) in the intake pipe (1) increases, the throttle (3) is displaced

towards its closed position.

Device according to claim 1, characterized in that the active surface (20) of the control piston (5), on which the pressure (pls-n) produced in the second control circuit (12), and the active surface acts. (19) of the control piston (5), on which the

pressure (pi) in the intake pipe (1) downstream of the

pillon (3), are of substantially identical sizes.