Brevet FR2235287A1 — publié le 19750124

Dans le brevet français 72 27792 déposé le 2août 1972 au nom des demandeurs, on a décrit un dispositif correcteur du dosage air essence des moteurs à combustions internes qui est adaptable sur les moteurs existants sans que soit nécessaire le remplacement ou la modification de leurs organes. Ce dispositif, qui réduit considGrab'ement la pollution résultant des défauts de dosage des moteurs, comprend essentiellement une arrivée d'air auxiliaire en aval du dispositifi de dosage, contrôlée par une soupape elle-meme commandée par des impulsions électriques syncnrones avec le moteur, en réponse aux informations fournies par une sonde analysant les gaz brûlés. La présente invention a pour objet un dispositif analogue, c'est-à-dire adaptable aux moteurs existants sans modifications de leurs organes et opérant par injection de quantités mesurées d'air dans la pipe d'admission, en aval du dispositif de dosage, mais plus simple de conception, moins comateux et plus efficace. Le dispositif selonl'invention comprend au moins une arrivée d'air auxiliaire branchée sur la pipe d'admission du moteur en aval de l'organe déterminant le dosage du mélange airessence, au moins une soupape contrôlant la ou lesdites arrivées d'air auxiliaire, cette soupape étant commandée par la dépression régnant dans le corps du dispositif de dosage par le moyen d'une capsule dont la membrane est soumise à ladite dépression, à lten- contre d'un moyen de rappel élastique, par un conduit débouchant dans ledit corps, ledit conduit étant lui-même contrôlé par une olectrovanne dont l'ouverture est commandée par une sonde disposée dans la tubulure d'échappement et capable de délivrer un courant électrique variable en fonction de la composition des gaz brtlés. L'invention vise également les dispositions ci après a) l'électrovanne est commandée par la sonde par l'intermédiaire d'un dispositif détecteur de seuil qui fournit à l'électrovanne une impulsion d'ouverture dès que le courant fourni par la sonde dépasse une valeur prédéterminée, et une impulsion de fermeture lorsque le courant fourni par la sonde tombe au dessous d'une valeur prédéterminée inférieure ou égale à la précédente. b) les tensions d'ouverture et de fermeture corres pondent l'une et l'autre à des compositions de gaz brillés voisines de celle qui correspond à la stoéchiométrie du mélange entrant dans le carburateur. c) L'inertie propre de l'électrovanne est choisie de telle sorte que le temps de retombée de l'électrovanne sur son siège soit supérieur au temps de réponse de la sonde aux varia- tions de la composition moyenne des gaz brQlég, d) l'inertie propret la soupape est choisie de telle sorte que le temps de retombée de la soupape sur son siège soit supérieur à celui de l'électrovanne. e) la fréquence de résonance de l'électrovanne est choisie de telle sorte qu'elle soit inférieure à la fréquence des impulsions fournies par le détecteur de seuil lorsque la vitesse du moteur dépasse une valeur prédéterminde. f) la fréquence de résonance de l'électrovanne est réglable par tout moyen approprié. g) le moyen de rappel élastique de la membrane de la soupape est réglable. h) l'arrivée d'air auxiliaire contrôlée par la soupape pneumatique est alimentée en air sous pression par une pompe à air entrainée par le moteur. i) la forme de la soupape est déterminée en rapport à la forme de son siège pour obtenir une loi de débit prédéterminée en fonction de la levée de la soupape. j) un moyen est prévu pour bloquer l'électrovanne en position de fermeture à certains régimes tels que le ralenti, la décélération, la pleine charge et la reprise, ce moyen pouvant être un contacteur actionné par un organe lié à la position de la commande d'accélération. k) un volume d'amortissement des pulsations est prévu en aval de la soupape pneumatique sur la conduite d'air auxiliaire. 1) l'arrivée d'air additionnel débouche dans l'axe de la pipe dtadmission. L'invention est illustrée par le dessin joint sur lequel on a schématiquement représenté un mode de réalisation de l'invention. Sur ce dessin, l'un des cylindres du moteur est représenté en 1 avec ses soupapes d'admission 2 et d1échappement3. La soupape 2 est alimentée par le carburateur 5 ou autre moyen de dosage (dispositif d'injection). Les gaz d'échappement passent par la piped'échappement-6pour aller vers le pot d'échappement. Conformément à l'invention une arrSvée d'air auxiliaire 7 est branchée sur la pipe d'admission en aval du carburateur 5 (s'il s'agit d'un dispositif à i jection elle sera branchée en aval du débitmètre qui détermine le dosage air-essence). Cette arrivée d'air auxiliaire 7 est contr8îée par la soupape 8 dont la levée est commandée par la dépression régnant dans l'organe de dosage.5. Par exemple la soupape est liée à la membrane 9 d'une capsule 10 dont la chambre 11 est soumise à la dépression de a buse 22 du carburateur 5 par l'intermédiaire du à la pression atmosphérique conduit 12, l'autre chambre étant soumise/et isolée de la pression 8. La membrane 9 est rappelée élastiquement, par exemple par le ressort 21. Le conduit 12 est lui-même contrôlé par l'électrovanne 13 dont la levée est commandée par-la sonde 14 par l'intermédiaire du détecteur de seuil 15.La sonde 14 sera par exemple une pastille à base d'oxyde de zirconium dont une face est en contact avec les gaz brûlés, l'autre face étant en contact avec l'atmosphère, et qui délivre une tension variable, en fonction de la différence des pressions partielles d'oxygène entre les deux faces de la pastille. Une telle sonde détecte la disparition de la présence d'oxygène dans les gaz brûlés1 disparation qui correspond à la stoechiométricité du mélange introduit dans le moteur. La tension fournie par la sonde varie alors brusquement de quelques millivolts à I 000 millivolts environ, pour rester ensuite approximativement stationnaire, tandis que la teneur des gaz brûlés en Co augmente. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Le détecteur de seuil 15 est réglé pour envoyer une-impulsion d'ouverture dès que la tension fournie par la sonde dépasse un seuil choisi, correspondant à une teneur pratiquement nulle en oxygène dans les gaz brAlés et une impulsion de fermeture lorsque cette tension tombe au dessous d'une valeur choisie inférieure ou égale à la précédente, correspondant également à une teneur pratiquement nulle en oxygène. En d'autres termes, les deux valeurs de seuil sont situées sur la partie de la courbe de réponse de la -sonde dans laquelle la tension varie fortement pour une faible variation de la teneur en oxygène, la tension d'ouverture étant égale ou supérieure à celle de fermeture. Par exemple, la tension d'ouverture sera de 800 millivolts et la tension de fermeture de I00 millivolts. De-la sorte, si le dispositif 5 envoie au moteur un mélange dont la richesse provoque une teneur des gaz d'échappement en Co,'corréspondant à une teneur nulle en oxygène, l'électrovanne 13 s'ouvre, la soupape 8 se soulève de son siège sous l'effet de la dépression régnant dans le dispositif 5 et une quafltitéd'air additionnelle est aspirée dans la pipe d'admission 4 par le conduit 7. Cet air additionnel appauvrit le mélange et, moyennant un réglage convenable, provoque la chute de la tension fournie par la sonde et la fermeture de l'électrovanne 13. Cette fermeture provoque la retombée de la soupape 8 et la fermeture de l'arrivée d'air additionnelle, donc un enrichissement du mélange qui à son tour provoque une nouvelle ouverture de l'électrovanne 13 etc. La dépression régnant au col de la buse 22 du carburateur 5 étant proportionnelle au débit d'air traversant le carburateur, la levée de la soupape 8 est fonction de cette dépression et il en résulte que le débit d'air additonnel apporté par le conduit 7 est fonction du débit d'air entrant dans le carburateur. Cette fonction peut être déterminée- et ajustée de diverses manières En prévoyant un moyen de réglage du ressort 21, ou autre moyen de rappel élastique de la soupape 8 permet de régler le moment où -la soupape se lève , ou le débit d'air additionnel pour une dépression donnée dans la buse 22 du carburateur 5. D'autre part, le tracé de la soupape 8 et de son siège permet de choisir toute courbe de variation du débit d'air additionnel en fonction de la levée de la soupape. En particulier, il est ainsi possible d'obtenir un débit d'air additonnel nul pour le ralenti, du fait que la dépres sion dans le carburateur est très faible, ce qui évite d'éventuelles irrégularités de fonctionnement à ce régime. Et il est également possible d'obtenir un débit d'air additionnel faible par rapport au débit principal entrant dans le carburateur lorsque le moteur fonctionne à pleine charge ou.lors des reprises. Il suffit de prévoir que l'ouverture maximum de la soupape correspond au régime normal, ou å une -dépression donnée dans la buse du carburateur. Toute augmentation du régime ou de la dépression dans le carburateur restera sans effet sur le débit d'air additionnel. Le mélange se trouvera donc airtomati?e- ment enrichi à ces régimes. Pour un correct fonctionnement du dispositif, il sera donc avantageux de prévoir un réglage initial riche du carburateur 5. Ainsi, en l'absence d'air additionnel1 le-mélange sera relativement riche régime de ralenti 2 à 4 % de Co), le mélange subira une correction optimale pour toute une gamme de régimes normaux, pour devenir insuffisamment corrigé aux pleines charges et aux reprises. Une autre solution, qui peut etre combinée avec la précédente consiste à prévoir un moyen pour bloquer I'électrovanne 13 en position de fermeture à certains régimes, par exemple au ralenti ou en décélération, ou à la pleine charge et aux reprises. Dans ce cas, l'arrivée d'air additionnel est nulle à ces régimes ce qui fournit l'enrichissement temporaire recherché. Par exemple on pourra prévoir un contacteur qui met l'électrovanne 13 à la masse, ce contacteur étant actionné par la nodale d'accélérateur ou le papillon du carburateur lorsque ces organes atteignent les positions correspondant-à la pleine charge ou à une reprise. L'arrivée d'air additionnel se trouve brusquement interrompue et le mélange brusquement enrichi. Dès que le conducteur lève le pied, le contacteur libère l'électrovanne qui peut de nouveau répondre aux informations de la sonde. De préférence,l'air additonnel sera fourni sous pression par la pompe à air 16 entratnée par le moteur en I7, cette pompe à air pouvant être une source d'air de post combustion envoyée dans la tubulure d'échappement en 18, en aval de la sonde 14 et éventuellement en amont d'un catalyseur de post combustion I9, dont l'efficacité et la longévité seront accrus par la présence du dispositif de l'invention. L'injection de l'air additionnel sous pression, au moyen de la pompe 16, permet un réglage beaucoup plus précis des débitsXdadeliionnel, avec des canalisations moins importantes. D'autre part cette disposition élimine les variations de débit d'air additionnel dues aux variations de la dépression dans la pipe d'admission et aux pertes de charge dans le conduit d'air additionnel. Elle permet aussi, en agissant sur la courbe des pressions fournies de la pompe en fonction de la vitesse du moteur, de déterminer convenablement l'arrivée d'air addi tionnel aux différentes vitesses. La pression absolue de de'air additionnel fourni par la pompe sera de préférence de l'ordre de 1 à 1,5 bar. Le débit d'air additionnel se présente sous la forme d'un débit pulsé du fait des ouvertures successives de l'électrovanne 13 qui retombe sur son siège dès que l'effet d'une injection d'air provoque la cessation du signal d'ouverture fourni par le détecteur 15. Pour atténuer ces pulsations, un volume d'amortissement 20 est avantageusement prévu sur la canalisation 7. De plus, le rythme de ces pulsations augmente avec la vitesse du moteur. Le temps de réponse de la sonde 14 étant très court, si la fréquence de résonance de l'électrovanne 13 est choisie suffisamment basse, la fréquence des impulsions fournies par le détecteur 15 devient supérieure à la fréquence de résonance de l'électrovanne 13 lorsque lavitesse du moteur dépasse une certaine valeur. Dès lors l'électrovanne 13 reste ouverte et l'on obtient un débit continu d'air additionnel3tant que la teneur en Co ne redescend pas au-dessous de la valeur minimum choisie, qui peut être très faible. La vitesse de retombée de l'électrovanne devra pour cela être inférieure au temps de réponse de la sonde et sa fréquence de résonance sera'de préférence rendue réglable, par exemple par réglage de son ressort de rappel. Dès lors on pourra choisir et régler la vitesse du moteur au delà de laquelle i'électrovanne 13 se met à battre en restant ouverte. La soupape 8 ayant de son c8té un temps de retombée sur son siège plus long que celui de l'électrovanne les battements de la soupape 8 seront euxmAemes amortis par rapport à ceux de l'électrovanne 13 et un correct réglage du ressort de rappel 8 permettra d'obtenir une carburation particulièrement bien dosée et peu polluante. Dans le cas des moteurs à charge stratifiée, c'est à-dire dans lesquels chaque cylindre est alimenté par deux mélanges air essence au moyen de deux pipes d'admission, l'un de ces mélanges étant riche et l'autre pauvre, l'air additionnel sera de préférence envoya dans ia pipe d'admission d'air pauvre. REVENDICATIONS 1. Dispositif correcteur du dosage du mélange air essence de moteurs à combustion interne,caiactérPsé en ce qu'il comprend une arrivée d'air auxiliaire branchée sur la pipe d'admission du moteur en aval de l'organe déterminant le dosage du mélange air-essence, au moins une soupape contrôlant la ou lesdites arrivées d'air auxiliaires, cette soupape étant commandée par le moyen d'une capsule dont la membranne, contretenue par un moyen de rappel elastique, est soumise à ladite dépression par I'internédiaire d'un conduit débouchant dans ledit corps, ladite dépression étant elle-même modulée par une electro-vanne dont l'ouverture est corman- de par une sonde disposée dans la tubulure d'échappement et capable de délivrer un courant iectrique variable en fonction de la composition des gaz brûles. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'électrovanne est commandée par la sonde par lJinterxédiaire d'un dispositif détecteur de seuil qui fournit à ltélectrovanne une impulsion d'ouverture dès que le courant fourni par la sonde dépasse une valeur prédéterminée et-une impulsion de fermeture dès que le courant fourni par la sonde tombe au dessous d'une valeur prédéterminée inférieure ou égale à la précédente. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les tensions d'ouverture et de fermeture correspondent l'une et l'autre à des compositions de gaz brOies voisines de celle qui correspond à la stoéchiopétrie du mélange entrant dans le carburateur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précedentes caractérisé en ce que l'électrovanne est commandée par une sonde par l'intermédiaire d'un dispositif détecteur de seuil qui fournit à l'électrovanne une impulsion d'ouverture dès lors que la tension fournie par la sonde est comprise entre une valeur minimum et une valeur maximum prédéterminées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications prévu dentes, caractérisé en ce que l'inertie propre de l'électrovanne est choisie de telle sorte que le temps de retombée de l'électrovanne sur son siège soit supérieur au temps de réponse de la sonde aux variations de la composition des gaz brOlés. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quel'intertiepropre de la soupape est choisie de telle sorte que le temps de retombée de la ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ soupape sur son siège soit supérieur à celui de l'électrovanne. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de résonance de l'électrovanne est choisie de telle sorte qu'elle soit inférieure à la fréquence des impulsions fournie par le détecteur de seuil lorsque la vitesse du moteur dépasse une valeur prédéterminée. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de résonance de l'électrovanne est réglable par tout moyen approprié. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de rappel élastique de la membrane de la soupape est réglable. IO,Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de la soupape est déterminée en rapport à la forme de son siège pour obtenir une loi de débit prédéterminée en fonction de la levée delta soupape. 11. Dispositif selon l'uné quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qusun moyen est prévu pour bloquer l'électrovanne en position de fermeture - certains régime mes tels que le ralenti, la dicéTiration, la pleine charge et la reprise, ce moyen pouvant être un contacteur'actionné- par un organe lié à la-position delta commande d'accélération. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape pneumatique est alimentée en air sous pression par une pompe à air entraînée par le moteur. 13. Dispositif correcteur -selon la revendication 5 caractérisé en ce que la pompe à air délivre de l'air de post combustion dans la tubulure d'6chappement en aval de la sonde. 14. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutun volume d'amortissement des pulsations-est prévu pévuen aval 4e la soupape pneumatique sur le conduit- d'air auxiliaire. 15. Dispositif correcteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arrivée d'air additionnel débouche dans l'axe de la pipe d'admission.