FR2808563A1

FR2808563A1 - Arrangement for allowing a motor vehicle to limp home in case of malfunctioning of the servo-system of the butterfly valve for controlling input of fuel mixture to the engine

Info

Publication number: FR2808563A1
Application number: FR0005784A
Authority: FR
Inventors: Jean Doreau
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2001-11-09
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: FR2808563B1

Abstract

The device has on one part, two branches of a clip (3,4) rotating w.r.t to each other, acted by an elastic return force (7) biasing them into the closed position. There is a blocking unit (11) which, in case of failure of the servo-system, blocks the branches of the clip against the bias of the elastic return force, and thus keeps the butterfly valve (P) in a partially open position, allowing minimal feeding of the engine. The locking unit (11) disposed between the pieces (13,14) of the branches (3,4), after rotation of the branches towards an open position, allows its maintenance in that relatively spaced position of the branches, allowing the normal manoeuvring of the butterfly valve between its fully open position and fully closed position, without intervention of the elastic return force (7).

Description

Dispositif de commande la rotation d'un papillon motorisé et asservi pour contrôle du débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne. Control device the rotation of a throttle motorized and controlled for controlling the flow of a mixture oxidizing fueling an internal combustion engine.

La présente invention concerne un dispositif de commande de la rotation d'un papillon entraîné par un moteur et asservi pour le contrôle du débit d'un mélange comburant alimentant un moteur à combustion interne, par exemple à injection. The present invention relates to a device for controlling the rotation of a throttle driven by a motor and controlled for controlling the flow rate of an oxidizing mixture feeding an internal combustion engine, for example injection.

L'entraînement du papillon peut se faire par exemple par l'intermédiaire d'une barre de commande du papillon, excentrée par rapport à l'axe de pivotement de ce dernier. The drive of the throttle can be done for example via a throttle control bar, eccentric with respect to the pivot axis of the latter.

Habituellement dispositifs de ce type ,; comprennent, sur un même de rotation, d'une part une cinématique d'asservissement composée principalement d'un moteur-couple à attaque directe ou d'un moto-réducteur, et d'un capteur de position à potentiomètre (multipistes pour validation de signal par test de cohérence entre pistes), d'autre part un mécanisme de rappel par ressort, activé en permanence et assurant en de panne le retour sur une position angulaire prédéterminée dite de "limp-home", à savoir une position permettant le retour du véhicule au garage avec une valeur prédéterminée de charge moteur. Usually devices of this type,; comprise, on the same rotation, on the one hand a slaving kinematics composed mainly of a direct-drive torque motor or a geared motor, and a potentiometer position sensor (multitrack for validation of signal by coherence test between tracks), on the other hand a spring return mechanism, permanently activated and ensuring in failure the return to a predetermined angular position called "limp-home", namely a position allowing the return from the vehicle to the garage with a predetermined value of engine load.

La figure 1 du dessin ci-annexé montre l'allure du couple C de rappel du ressort en fonction de l'angle d'ouverture a du papillon. on comprend que l'effort élastique du ressort de rappel peut constituer une perturbation significative l'asservissement, non- linéaire et discontinue, notamment pour les positions angulaires correspondant à régimes de fonctionnement habituels du moteur. Il en resulte des difficultés, bien connues des automaticiens, qui nécessitent des techniques de compensation délicates à mettre au point et souvent endurantes . Figure 1 of the attached drawing shows the shape of the spring return torque C as a function of the opening angle of the butterfly. it is understood that the elastic force of the return spring can be a significant disruption servo, non-linear and discontinuous, especially for angular positions corresponding to usual operating conditions of the engine. This results in difficulties, well known to automation engineers, which require delicate compensation techniques to develop and often enduring.

- compensation "feed-forward" du couple de rappel qui doit être modélisé; - calibrage et auto-adaptation de la mesure position en permanence, avec risque d'une inversion du signe du couple modélisé; - ilisation de correcteurs non linéaires. - "feed-forward" compensation of the recall torque that must be modeled; - calibration and self-adaptation of the position measurement permanently, with the risk of a reversal of the sign of the modeled torque; - ilisation of nonlinear correctors.

Ce problème est encore plus critique pour les asservissements à moteur-couple à attaque directe, qui sont limites en couple par rapport à des moto-réducteurs classiques. Le rapport couple perturbateur/couple maxi est plus élevé ce qui limite la performance d'asservissement. This problem is even more critical for drives with direct drive torque motor, which are limited in torque compared to conventional geared motors. The ratio disturbing torque / maximum torque is higher which limits the servo performance.

En outre, on constate un impact sur la consommation électrique ainsi que sur le coût et la fiabilité de l'électronique de pilotage, du fait que le moteur d'asservissement doit compenser en permanence la force de rappel élastique du papillon vers la position "limp-home". In addition, there is an impact on the power consumption and the cost and reliability of the control electronics, because the servo motor must permanently compensate for the elastic restoring force of the throttle valve to the "limp" position. -home ".

Le but de la présente invention est par suite d'éviter tous ces inconvénients de la technique antérieure, et de permettre au véhicule de rentrer garage en cas de panne de l'asservissement en maintenant alors automatiquement le papillon de contrôle des gaz dans une position d'ouverture minimale dite de "limp-home , mais sans perturbation de l'asservissement de position papillon motorisé en cas de fonctionnement normal. The object of the present invention is therefore to avoid all these drawbacks of the prior art, and to allow the vehicle to return garage in case of failure of the servo then automatically maintaining the throttle valve in a position d 'minimum aperture of so-called limp-home, but without disruption of servo motorized throttle position in normal operation.

A cet effet, un dispositif conforme à l'invention du type mentionné ci-dessus, est caractérisé en ce qu' comporte d'une part deux branches de pince sollicitées par une force de rappel élastique en rotation l'une par rapport à l'autre de sorte qu'elles puissent venir dans une position de fermeture pour laquelle elles bloquent le papillon dans une position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale du moteur, et d'autre part un organe de blocage disposé entre une première pièce d'une des branches de la pince et une seconde pièce de l'autre branche, l'actionnement dudit organe après rotation des branches vers une position d'ouverture l'encontre ladite force de rappel élastique, permettant le maint' dans une position rapprochée desdites pièces par ledit organe, position pour laquelle la mise et maintien position relative écartée desdites branches permet la manceuvre normale du papillon entre ses positions de pleine ouverture et de pleine fermeture, sans intervention de ladite force de rappel élastique. For this purpose, a device according to the invention of the type mentioned above, is characterized in that comprises on the one hand two clamp branches biased by a restoring force resilient in rotation with respect to the other so that they can come into a closed position for which they block the butterfly in a partial open position allowing a minimum supply of the engine, and secondly a locking member disposed between a first piece of a branches of the clamp and a second piece of the other branch, the actuation of said member after rotation of the branches to an open position against said resilient return force, allowing the maint 'in a close position of said parts by said member, position for which the setting and maintaining relative position spaced from said branches allows the normal maneuver of the butterfly between its fully open and full positions closing, without the intervention of said elastic return force.

Avantageusement, un tel dispositif peut encore être caractérisé en ce que la mise en rotation desdites branches la pince vers une position d'ouverture a l'encontre de ladite force de rappel élastique assurée, en phase initiale d'armement, par le moteur d'asservissement du papillon. Advantageously, such a device can be further characterized in that the said tongs are rotated to an opening position against the said elastic restoring force provided, in the initial arming phase, by the engine of enslavement of the butterfly.

Avantageusement encore, lesdites branches de pince sont constituées par deux disques parallèles et coaxiaux pourvus chacun d'une lumière ou d'une encoche arquée, la fermeture de- cette pince correspondant à une position des disques pour laquelle les extrémités desdites lumières ou encoches viennent en appui de part et d'autre d'une butée principale, laquelle peut être constituée par une barre perpendiculaire au plan des disques et traversant lesdites lumières, ou par une barre de portique extérieur, occupant lesdites encoches. Advantageously, said clamp branches are constituted by two parallel disks and coaxial each provided with a light or an arcuate notch, the closure of this clamp corresponding to a position of the disks for which the ends of said lights or notches come into support on both sides of a main stop, which may be constituted by a bar perpendicular to the plane of the discs and through said lights, or by an outer gantry bar, occupying said slots.

Un dispositif conforme à l'invention peut encore être caractérisé dans la position de fermeture de pince, le papillon est bloqué, par l'intermédiaire d' barre de commande excentrée par rapport à son axe de pivotement dans une position d'ouverture partielle permettant une alimentation minimale du moteur, cette barre de commande étant bloquée entre une premiere butée appartenant à l'un des disques et une seconde butée appartenant à l'autre disque. A device according to the invention can be further characterized in the clamp closing position, the throttle is blocked, by means of eccentric control bar relative to its pivot axis in a partial opening position allowing a minimum power supply of the motor, this control bar being blocked between a first stop belonging to one of the disks and a second stop belonging to the other disk.

Selon une autre disposition avantageuse de l'invent , le dispositif peut encore être caractérisé en ce que ledit organe de blocage est un électroaimant disposé entre une première pièce polaire du disque qui porte première butée et une seconde pièce polaire du disque qui porte la seconde butée, l'alimentat' dudit électroaimant, après mise en rotation des disques vers une position d'ouverture à l'encontre de ladite force de rappel élastique, permettant le maintien dans une position rapprochée desdites pièces par ledit électroaimant, position pour laquelle la mise et le maintien en position relative écartée desdites butées permet la manceuvre normale du papillon entre ses positions de pleine ouverture et de pleine fermeture, sans intervention de ladite force de rappel élastique. According to another advantageous arrangement of the invention, the device can be further characterized in that said locking member is an electromagnet disposed between a first pole piece of the disc which bears the first stop and a second pole piece of the disc which carries the second stop. the supply of said electromagnet, after rotation of the discs to an open position against said elastic restoring force, allowing the said electromagnet to be held in a close position by the said electromagnet, a position for which the setting and maintaining in relative position spaced from said stops allows the normal maneuvering of the butterfly between its fully open and fully closed positions, without the intervention of said elastic return force.

Cette force de rappel élastique peut être assurée par un seul ressort agissant entre les branches de ladite pince, le cas échéant lés disques précités. This elastic restoring force can be provided by a single spring acting between the branches of said clamp, where appropriate the aforesaid discs.

Le fonctionnement et les avantages 'un tel dispositif seront mieux compris à la lecture de la description de deux modes d'exécution de l'invention, description qui va maintenant être faite à titre 'exemple nullement limitatif, avec référence aux autres figures du dessin ci-annexé dans lequel - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention, en position de fermeture des disques, correspondant au "limp-home"; - la figure 3 est une vue analogue en position d'ouverture des disques, correspondant au fonctionnement normal; - la figure 4 est une vue de profil simplifiée de ce dispositi - figure 5 est une vue en perspective plus complète d un mode de réalisation de l'invention, montrant comme la figure 2 une position de "limp-home" du papillon; - la figure 6 est une vue en perspective analogue en fonctionnement normal avec papillon fermé; et - la figure 7 est une vue analogue à la précédente, avec papillon ouvert. The operation and advantages of such a device will be better understood on reading the description of two embodiments of the invention, a description which will now be made by way of non-limiting example, with reference to the other figures of the drawing herein. -annexé in which - Figure 2 is a schematic view of a device according to the invention in the closed position of the discs, corresponding to the "limp-home"; - Figure 3 is a similar view in the open position of the discs, corresponding to normal operation; FIG. 4 is a simplified profile view of this device; FIG. 5 is a more complete perspective view of an embodiment of the invention, showing, like FIG. 2, a "limp-home" position of the throttle valve; - Figure 6 is a perspective view similar in normal operation with closed butterfly; and - Figure 7 is a view similar to the previous one, with open butterfly.

Sur les figures schématiques 1 à 4, une barre commande du papillon (non représenté) a été référencée , et est excentrée par rapport à l'axe de pivotement de papillon, référencé pour mémoire en 2 sur la figure 4. Le dispositif proprement dit comporte deux disques coaxiaux et parallèles 3 et 4 pourvus chacun d'une lumière arquée, respectivement 5 et 6, ayant le même rayon de courbure et préférentiellement la même extension angulaire. Ces disques sont sollicités en rotation l'un par rapport à l'autre par la force de rappel élastique d'un ressort spiral 7, de telle sorte qu'ils puissent venir en cas panne dans la position dite de fermeture de la figure , pour laquel les extrémités des lumières 5 et 6 viennent en appui part et d'autre d'une butée principale, par exemple barre fixe 8 perpendiculaire au plan des disques (ou autre butée analogue). In the schematic figures 1 to 4, a throttle control bar (not shown) has been referenced, and is eccentric with respect to the throttle pivot axis, referenced for memory at 2 in FIG. 4. The device itself comprises two coaxial and parallel disks 3 and 4 each provided with an arcuate light, respectively 5 and 6, having the same radius of curvature and preferably the same angular extension. These discs are urged in rotation relative to each other by the elastic return force of a spiral spring 7, so that they can come in case of failure in the so-called closing position of the figure, for which ends of the lights 5 and 6 abut each other from a main stop, for example fixed bar 8 perpendicular to the plane of the disks (or other similar stop).

Conformément à l'invention, cette position dite fermeture est telle que la barre de commande 1 est alors bloquée entre une première butée 9 du disque 3 et seconde butée 10 du disque 4, position correspondant à une ouverture partielle du papillon d'admission des gaz, dite de "limp-home". According to the invention, this so-called closing position is such that the control rod 1 is then locked between a first stop 9 of the disc 3 and the second stop 10 of the disc 4, a position corresponding to a partial opening of the throttle valve called "limp-home".

Le dispositif comporte par ailleurs un électroaimant il dont le noyau 12 est disposé entre une première pièce polaire 13 du disque 3 et une seconde pièce polaire 14 du disque 4. Les butées, ressort, électroaimant et pièces polaires n'ont pas été représentés la figure 4 dans le but de simplifier le dessin. The device also comprises an electromagnet 11 whose core 12 is disposed between a first pole piece 13 of the disc 3 and a second pole piece 14 of the disk 4. The stops, spring, electromagnet and pole pieces have not been shown in FIG. 4 in order to simplify the drawing.

Au démarrage, on utilise le moteur (non représenté sur les figures 2 à 4) d'asservissement de commande d'ouverture du papillon pour amener les disques 3 et 4 dans la position relative de la figure 3, pour laquelle les pièces polaires 13 et 14 viennent en butée sur le noyau 12 de l'électroaimant, lequel est alimenté en courant et bloque alors les disques dans cette position, qui est la position de fonctionnement normal du dispositif. Cette opération initiale, qui peut 'identifier à une opération d'armement du dispositif, est très rapide (quelques dizaines de ms), et imperceptible pour le conducteur. On voit que le résultat visé par 'invention est atteint, puisque la barre de commande 1 peut ensuite, sous l'action du moteur d'asservissement, se déplacer entre les butéés alors espacées 9 et 10, sans que ressort 7 soit sollicité, ce qui évite radicalement les inconvénients mentionnés plus haut. At startup, the throttle opening control servo motor (not shown in FIGS. 2 to 4) is used to bring the discs 3 and 4 into the relative position of FIG. 3, for which the pole pieces 13 and 14 come into abutment on the core 12 of the electromagnet, which is supplied with current and then blocks the discs in this position, which is the normal operating position of the device. This initial operation, which can identify a device arming operation, is very fast (a few tens of ms), and imperceptible to the driver. We see that the result of the invention is achieved, since the control bar 1 can then, under the action of the servo motor, move between the stops then spaced 9 and 10, without spring 7 is requested, this which radically avoids the disadvantages mentioned above.

En cas de panne, l'électroaimant 11 n'est plus inventé et libère les pièces polaires 13 14. Sous l'action de rappel du ressort 7, les disques viennent alors dans la position de la figure 2, pour laquelle la barre de commande 1 se trouve bloquée entre butées 9 et 10, dans la position de "limp-home" déjà décrite. In case of failure, the electromagnet 11 is no longer invented and releases the pole pieces 13 14. Under the spring return action 7, the discs then come into the position of Figure 2, for which the control bar 1 is blocked between stops 9 and 10, in the position of "limp-home" already described.

Il est à noter qu'un seul ressort de rappel et un seul électroaimant sont nécessaires au fonctionnement du dispositif, ce qui permet d'atteindre une grande fiabilité, de simplifier la construction et de réduire l'encombrement. It should be noted that a single return spring and a single electromagnet are necessary for the operation of the device, which makes it possible to achieve high reliability, to simplify the construction and to reduce the bulk.

Dans les figures 5 à 7 montrant moins schématiquement un mode de réalisation complet de l'invention, on a repris les mêmes références que précédemment pour désigner les mêmes organes des organes jouant le même rôle que dans la représentation simplifiée des figures 2 à 4. Les éléments ajoutes sont les suivants . représente le moteur d'asservissement du papillon P monté dans la conduite de gaz C. In FIGS. 5 to 7 showing less schematically a complete embodiment of the invention, the same references as above were used to designate the same organs of the members playing the same role as in the simplified representation of FIGS. 2 to 4. added elements are as follows. represents the servo motor of the throttle P mounted in the gas line C.

référence l' désigne un disque calé sur l'arbre 2 du moteur M et portant la barre de commande 1, l'arbre 2 entraînant ici directement le papillon P. reference 1a designates a disk wedged on the shaft 2 of the motor M and carrying the control bar 1, the shaft 2 here directly driving the butterfly P.

butée principale ou barre fixe 8 est constituée par la branche horizontale d'un portique fixé une embase Les lumières arquées 5 et 6 des disques et 4 sont ici remplacées par de simples encoches 5a et 6a recevant la barre 8. main stop or fixed bar 8 is constituted by the horizontal branch of a gantry fixed a base The arcuate lights 5 and 6 of the discs and 4 are here replaced by simple notches 5a and 6a receiving the bar 8.

Dans la position de la figure 5, l'électroaimant 11 n'étant pas alimenté., on comprend que le ressort de rappel 7 monté entre les disques 3 et 4 sur l'arbre 2 du moteur M sollicite ces disques dans une position de blocage sur la barre fixe 8, par l'intermédiaire des extrémités correspondantes des encoches, respectivement 5a et 6a, venant buter de part et d'autre de cette barre. La barre commande 1 du disque l' est alors elle-même bloquée entre ces deux extrémités d'encoches (jouant ici en même temps le rôle des butées 9 et 10 mentionnées plus haut), bloquant ainsi le papillon P dans une position de "limp-home", avec un angle d'ouverture de l'ordre de 5 , ce qui permet de rentrer au garage en cas de panne. In the position of FIG. 5, since the electromagnet 11 is not powered, it is understood that the return spring 7 mounted between the discs 3 and 4 on the shaft 2 of the motor M biases these discs in a blocking position. on the fixed bar 8, through the corresponding ends of the notches, respectively 5a and 6a, abutting on either side of this bar. The control bar 1 of the disk is then itself locked between these two ends of notches (playing here at the same time the role of the abutments 9 and 10 mentioned above), thus blocking the butterfly P in a position of "limp -home ", with an opening angle of about 5, which allows to return to the garage in case of failure.

Dans la position de la figure 6, le moteur M a amené le papillon P en position de fermeture, et les pièces polaires 13 et 14 fixées respectivement sur les disques 3 et 4, amenés dans la position appropriée par la barre de commande 1, sont maintenues collées sur le noyau 12 de l'électroaimant 11 alors alimenté, ce qui autorise ensuite la rotation du papillon P, entraîné par le moteur M, entre sa position de pleine fermeture figure 6) et sa position de pleine ouverture (figure 7), barre 11 étant alors libre de se déplacer entre extrémités des encoches 5a et 6a des deux disques 3 et En cas de panne, l'électroaimant il cesse d'être . alimenté, et le ressort 7 rappelle les pièces mobiles dans la position de "limp-home" de la figure 5.In the position of FIG. 6, the motor M has brought the throttle valve P into the closed position, and the pole pieces 13 and 14 respectively fixed on the discs 3 and 4, brought into the appropriate position by the control rod 1, are maintained glued on the core 12 of the electromagnet 11 then energized, which then allows the rotation of the throttle P, driven by the motor M, between its fully closed position FIG. 6) and its fully open position (FIG. 7), 11 bar is then free to move between ends of the notches 5a and 6a of the two disks 3 and In case of failure, the electromagnet ceases to be. powered, and the spring 7 recalls the moving parts in the position of "limp-home" of Figure 5.

Claims

CLAIMS Device for controlling the rotation of a throttle driven by a motor (M) and controlled to control the flow of an oxidizing mixture supplying an internal combustion engine, characterized in that it comprises on the one hand two tongs (3, 4) biased by an elastic return force (7) rotated relative to each other so that they can come into a closed position for which they come to lock the butterfly (P) in position partial opening for a minimum supply of the motor, and secondly a locking member (11) disposed between a first piece (13) of a limb (3) of the clamp and a second piece (14) of the other branch (4), the actuation of said member (11) after rotation of the limbs (3, 4) to an open position against said elastic return force (7), allowing the holding in a position brought closer to said parts (13, 14) by said member ( 11) position for which the setting and keeping in relative position spaced said branches (3, 4) allows normal operation of the butterfly (P) between its fully open and full closure positions, without internent 'of said elastic restoring force (7). ). 2. Device according to claim 1, characterized in that said rotation of the branches, 4) to an open position against said elastic restoring force (7) is ensured, in the initial phase of arming, by the throttle motor (M) (P). 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that said branches of the clamp consist of two parallel disks and coaxial (3, 4) each provided with a light or arcuate notch (5,6; 6a), the closure of this clamp corresponding to a position of the disks for which the ends of said slots or notches (5,6; 5a, 6a) are supported on either side of a main stop (8). 4. Device according to claim 3, characterized in that said main stop (8) is a bar perpendicular to the plane of the disks (3, 4) and passing through said slots (5,6). 5 Device according to the claim, characterized in that said main stop (8) is an outer gantry bar, occupying said notches (5a, 6a). 6. Device according to any one of claims 3 to 5, characterized in that in the closed position of the clamp, the throttle is blocked by means of a bar (1) eccentric control relative to its pivot pin (2), in partial opening position allowing a minimum motor supply, this control bar (1) being locked between the first stop (9) belonging to the one (3) disks and a second stop (10) 7. Device according to claim 6, characterized in that said locking member (11) is an electromagnet disposed between a first pole piece (of the disc (3) which carries the first stop (9) and a second pole piece (14) of the disc (4) which carries the second stop (10), the supply of said electromagnet, after rotation of the discs (3, 4) towards an open position against said elastic return force (7), allowing the maintenance in a position close to said parts (13, 14) by said electromagnet, position for which the setting and keeping in relative position spaced said stops (9, 10) allows the normal maneuver throttle between its fully open and full positions closing, without the intervention of said elastic return force (7). 8. Device according to any one of the preceding revendi cations, characterized in that said elastic restoring force is provided by a single spring (7) acting between the branches, 4) of said clamp.