Brevet FR2270451A1 — publié le 19751205

La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jean-Pierre RIVERE , se rapporte å un carburateur du type à dépression constante dont l'alimentation en carburant est rè- lée par un contrôle électronique en fonction de l'analyse des gaz d'échappement du moteur. Le réglage de la carburation, ctest-à-dire le dosage du carburant en fonction du débit d'air comburant doit assurer le fonctionnement d'un moteur i explosion avec un minimum de pollution atmosphérique et un minimum de consommation de carburant. I1 existe sur le marché;des carburateurs et des procédés d'injection permettant d'obtenir des courbes de régulation de richesse peu précises pour les premiers et assez bonnes pour les seconds. Les carburateurs possèdent cependant une mauvaise fiabilité et leurs possibilités d'adaptation sur des moteurs alter- natifs sont restreintes, tandis que les procédés d'injectIon sont d-un prix élevé. Par ailleurs, aussi bien sur les carburateurs que sur les procédés d'injection, on constate une dispersion de réglage relativement élevée entre les équipements en production de série. Les recherches entreprises à ce jour permettent de tirer la conclusion que le'fonctionnement d'un moteur avec un minimum de pollution -atmosphérique et un minimum de consommation n'est possible que par l'utilisation simultanée d'un catalyseur oxydoréducteur et d'un détecteur d'oxygène et/ou d'oxyde de carbone assurant la mesure de larrchesse instantanée d'alimentation du moteur au voisinage immédiat de la concentration stoechionétrique de carburant. Ce dispositif est à'heure actuelle appli qué sur certains procédés d'injection et donne des résultats intéressants tant sur le plan de 1 1anti-pollution que celui de la consommation. Cependant, l'installation d'un procédé d'injection contrôlé par un tel analyseur des gaz d'échappement du moteur grève fortement le prix déjà très élevé du procédé d'injection par luimême. Par ailleurs, on a déjà proposé d'adapter un contrôle de l'analyse des gaz d'éshappement à un carburateur du type à dépression constante. Dans ce carburateur connu, il est prévu-- de régler le rapport des masses d'un mélange air-carburant en fonction de la composition des gaz d'échappement; déterminée par une forme de mesure, à l'aide de moyens destinés à modifier soit la section de l'orifice d'arrivée de carburant dans la'chambre de mélange du carburateur, soit la dépression dans cette chambre. Toutefois, l'action de l'un de ces deux moyens entraine simultanément lin- tervention de l'autre et dans les deux variantes, il se produit donc obligatoirement une modification de la dépression. Par les carburateurs à dépression constante, on cherche à obtenir un mélange air-carburant de richesse constante malgré les variations de débit d'air aux différents régimes d'un moteur. Ces carburateurs comportent un élément de régulation de dépression, par exemple un papillon; commandé par des moyens de rétro-action, par exemple un piston maintenu en équilibre par deux ressorts antagonistes et se déplaçant en réponse aux variations que subit la différence de dépressiof entre l'amont et l'aval de cet élément en fonction des variations de débit d'air. Ces memes moyens de rétro-action agissent simultanément sur l'arrivée du carburant, par exemple par un pointeau-. Le déplacement Dx de ce piston de rétro-action peut etre défini par Dx = S t P (1) K1+K2 où S est la surface du piston # P la variation de dépression mesurée par le piston K1,K2 la raideur des deux ressorts antagonistes agissant sur le piston. Après simplification, on peut donc écrire Dx = L ss P où L est une constante Sachant que la relation entre la section de passage de l'air au droit du papillon de régulation de dépression est de forme Y = k (r) Dx le débit d'air est égal à Qa = k(r) Dx e Soit : a P = k Qa2 (2) Dx2 En combinant (2) avec (1), on obtient Dx3 = -kl S Qa2 où k1 est une constante. Donc ; Dx = -k2 Qa2/3 où k2 est une constante. Cette équation est caractéristique des carburateurs à dépression constante et montre la nécessité de correction pour faire fonctionner le moteur à richesse constante. Sachant que la pression motrice de carburant est proportionnelle à 1 'écart entre la richesse réelle et la richesse constante désirée varie donc comme Qa2/3; ce qui prouve que cet écart demeure rela tivement faible. En effet, le débit de carburant Qc est égal à où k3 est une constante. Qa Soit : Qc = k4 = k5 Q1/3 Dx Or la richesse est égale à : R = Qc = k6 Qa2/ Les calculs numériques montrent que l'ordre de grandeur de la correction à effectuer est inférieur à 20%, cette correction ne pouvant astre obtenue que partiellement sur le profil du pointeau. L'objet de la présente invention est précisément de proposer des moyens permettant. une adaptation du contrôle de l'analyse des gaz d'échappement à un carburateur à dépression constante, de telle manière que le fonctionnement correct de ce dernier, c'est-å-dire à dépression constante, ne soit pas perturbé, en assurant une régulation précise et fiable de la richesse du mélange air-carburant, procurant effectivement un fonctionnement avec un minimum de pollution atmosphérique et un minimum de consommation, cela à des frais sensiblement moins élevés que suivant les procédés d'injection équivalents actuellement connus. Le carburateur a dépression constante,conforme à l'invention, est un carburateur comportant un élément de régulation de dépression monté à-l'entrée de la chambre de mélange du carburateur et soumis, conjointement avec un élément commandant l'arrivée du carburant dans ladite chambre, à l'action d'un organe de rétroaction réagissant aux variations de la différence de dépression en amont et en aval dudit élément de régulation de dépression en fonction des variations du débit d'air .Ce carburateur comporte des moyens agissant par voie électro-magnétique sur l'élément de commande d'arrivée de carburant sans affecter l'élément de régulation de dépression, pour corriger la richesse du mélange air carburant en fonction de la composition des gaz d'échappement:du moteur. Lesdits moyens électro-magnOtiques comprennent un noyau magnétique monté coulissant a l'encontre de deux ressorts antagonistes à l'intérieur d'un maudon creux coulissant en un matériau non-magnétique sur lequel est fixé un piston maintenu en équilibre par deux ressorts antagonistes dans une chambre de mesure de dépression et des solénoldes solidaires dudit manchon et excités en fonction de la composition des gaz d'échappement du moteur. Le manchon est directement relië à un papillon de régulation de dépression et le noyau agit directement sur un pointeau de commande d'arrivée de carburant sollicité par un ressort de rappel.La raideur de ce ressort de rappel du pointeau est choisie de façon que ledit ressort n'affecte pas le mouvement du noyau magnétique sous l'action des solénoldes. La commande des solénoïdes est asservie à l'information de richesse élaborée sous une forme de tension électrique par un détecteur d'analyse des gaz d'échappement (détecteur d'oxygène et/ou d'oxyde de carbone et/ou de gaz carbonique) du moteur par l'intermédiaire d'une unité de contrôle électronique connue en soi, ce qui assure toutes les corrections de richesse nécessaires pour le bon emploi du moteur et donc du véhicule (mise en action, démarrage, ralenti, plein gaz, etc. .)électriquement au niveau des solé nordets, à partir d'informations électriques issues de capteurs électriques appropriés, par l'intermédiaire de l'unité de contrôle électronique. Par des calculs faisant intervenir toutes les forces en présence, aussi bien d'origine mécanique (piston de mesure de dépression, ressorts maintenant en équilibre ce piston ainsi que le noyau-magnétique) que d'origine électromagnétique (solénoides), il est possible de prouver que si l'on donne au ressort de rappel du pointeau une raideur suffisamment faible pour que ce ressort n'affecte pas le déplacement du noyau magnétique sous l'action des solénoides, l'équation (1) reste valable, malgré l'intervention des forces d'origine électromagnétique et mécanique auxquelles est soumis ce noyau. Le déplacement du noyau sous l'action des solénoides est alors défini par Dy = Dx - F1 F.:2 K4 K5 où F 1, P2 est la force due aux courants d'excitation des solé noyades K4, K5 la raideur des ressorts maintenant le noyau magnétique en équilibre. Cela prouve que l'agencement conforme å l'invention permet de rendre indépendants les mouvements du papillon de régulation de dépression et la loi d'ouverture du pointeau. En effet, les efforts électromagnétiques des solénoldes ne s'exercent que sur le noyau magnétique, lequel se déplace donc sans provoquer de déplaceme:nt manchon non-magnétique, c'est-à-dire, sans modifier la position du papillon de régulation de dépression, seule la position du pointeau de commande d'arrivée de carburant étant affectee par le déplacement du noyau magnétique. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté schématiquement sur le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une coupe axiale d'un carburateur à dépression constante à correction de richesse conforme à l'invention; - la figure 2 représente un schéma illustrant l'interconnexion de l'unité de contrôle électronique avec les moyens de correction de richesse du carburateur et les différents capteurs sur la base des informations desquels cette unité élabore les ordres de correction pour le carburateur. Tel que représenté sur la figure 1, le carburateur à dépression constante comporte un corps 1 constituant une enveloppe sensiblement cylindrique délimitant une chambre de mélange 2. A l'extrémité aval du corps I du carburateur est monté un papillon de commande des gaz 3 susceptible de pivoter autour d'un axe 4 sous l'action de la pédale d'accélérateur du véhicule. En amont du papillon de commande de gaz 3 est installée une buse 5 dont le rôle double consiste à amplifier la vitesse de -cïrculation des gaz et à servir de filtre pour les ondes acoustiques émises par le moteur. Par ailleurs, un double diffuseur 6 installé dans le col de la buse 4, amplifie encore la vitesse de circulation des gaz d'admission dù moteur, améliorant ainsi la pulvérisation du carburant. Le carburant 7 provient d'une cuve à niveau constant 8, dont l'alimentation en carburant est commandée par un flotteur 9, dans la chambre de mélange 2 du carburateur, en amont du double diffuseur 6, par un bec de giclage de carburant 10 comportant un orifice calibré 11 à son extrémité plongeant dans la cuve 8. Le bec 10 débouche dans la chambre de mélange 2 de telle sorte que son orifice soit à la limite de la zone d'action aérodynamique du double diffuseur 6, laquelle limite est représentée en pointillé. La cuve 8 communique par un conduit d'aération 12 avec l'extrémité amont du corps 1 du carburateur. Le dispositif de régulation de dépression-comprend un papillon de régulation 13 susceptible de pivoter autour d'un axe 14 sous l'action d'un piston 15. Ce piston 15 est monté coulissant à l'intrieur d'une chambre de mesure de dépression 16 rapportée sur le corps 1 du carburateur et subdivise l'espace intérieur de la chambre 16 en deux compårtiments 17,18 dont l'un communique par une prise de dépression 19 avec la partie du corps 1 du carburateur située en amont du papillon 13 et l'autre par une prise de dépression 20 avec la partie du corps 1 située en aval de ce papillon 13.Le piston 15 est sollicité de part et d'autre par deux ressorts de compression 21,22 s'appuyant sur les parois opposées 23,24 de la chambre de mesure 16 et il est solidaire d'un manchon 25 qui coulisse de façon étanche dans les parois opposées 23,24 de la chambre de mesure 16 et dont l'extrémité commandant le papillon de régulation de dépression 13 est reliée par un axe 26 et une biellette 27 à un bras de manivelle 28 du papillon. Deux solénotdes 29,30 sont fixés sur le manchon 25, de part et d'autre du piston 11. Le manchon 25 est réalisé en un matériau non-magnétique, de meme que les parois 23,24 de la chambre de mesure 16. Un noyau magnétique 31 est monté coulissant à l'intérieur du manchon 25, en étant maintenu en équilibre par deux ressorts de compression 32,33. Une tige 34 solidaire de ce noyau 31 dépasse le manchon 25 à l'extrémité opposée au corps 1 du carburateur et agit sur une extémité d'un levier 35 à deux bras articulé: autour d'un axe 36 sur un support 37 solidaire de la chambre de mesure 16. L'autre extrémité du levier 35 agit sur un pointeau 38 qui coopère, à l'encontre de l'action d'un ressort de rappel 39, avec le bec de giclage de carburant 10, lequel présente à son orifice un siège 40 ayant un profil adapté à celui du pointeau 38. Suivant la figure 2, un moteur 41 alimenté par un carburateur à dépression constante 42 suivant la figure 1, précédé d'un filtre à air 43, comporte dans son collecteur d'échappement 44 un détecteur d'analyse de gaz 45 qui peut~e*tre un détecteur d'oxygène et/ou d'oxyde de carbone et/ou de gaz carbonique. Ce détecteur 45 est relié à une unité de contrôle électronique 46 par un fil de liaison 47, cette unité 46 recevant en outre des informations du rupteur d'allumage 48 par un fil de liaison 49, de la sonde de température d'eau 50 par un fil de liaison 51 et de la borne positive du solénoïde du relais de démarreur 52 par un fil de liaison 53.Sur la base des informations ainsi reçues, l'unité de contrôle électronique 46 élabore des courants de commande qu'elle envoie par des fils de liaison 54,55 aux deux solénoldes (29,30~suer la figure I) du carburateur -à dépression constante en vue de la correction de la richesse du mélange air-carburant. L'unité de contrôle électronique 46 est de type connu en soi et comporte en particulier un comparateur de tension comparant la tension fournie par le détecteur 45 avec une tension de référence, les courants d'excitation envoyés aux deux solénoïdes 29,30 étant modulés en fonction du résultat de cette comparaison. En supposant par exemple, que le détecteur d'analyse degaz d'échappement 45 est une sonde d'oxygène, le mode d'action de la bande d'asservissement de correction de richesse du mélange air-carburant préparé par le carburateur à dépression constante conforme à l'invention est le suivant - tant que la richesse est égale à 1, la tension fournie par la sonde 45 est égale à la tension de référence et les deux solénoïdes reçoivent des courants d'excitation de meme intensité. - si la richesse devient inférieure à 1, la tension fournie par la sonde 45 diminue brutalement et le comparateur de tension situé dans l'unité de contrôle électronique 46 commande la dimi nut-lon ou l'annulation du courant envoyé au solénoïde 29 et l'augmentation du courant envoyé au solénolde 30. En conséquence, le noyau magnétique 31 se trouve attiré par le solénoïde 30 et commande le déplacement du pointeau 38 qui s'éloigne du siège 40 du bec 10 en dégageant davantage l'orifice d'arrivée de carburant. - si la richesse devient supérieure à 1 , la tension fournie par la sonde 45 augmente brutalement et le comparateur de tension commande la diminution ou l'annulation du courant envoyé au solé solde 30 et l'augmentation du courant envoyé au solénolde 29 De ce fait, le noyau 31 se trouve attiré -par le solénoïde 29 et commande le déplacement du pointeau 38 qui se rapproche du siège 40 du bec 10 en obturant davantage l'orifice d'arrivée du carburant. Cette commande du pointeau 38 par le noyau magnétique 31 n'affecte pas la position du papillon de régulation de pression 13. Ce mode d'asservissement assure que la régulation de richesse s'effectue à la richesse 1 à + 2% près, c'est-à-dire dans une bande de richesse allant de 0,98 à 1,02, ce qui permet de remplir la condition annoncée d'un réglage de carburation assurant simultanément un minimum de consommation et un minimum de pollution atmosphérique. il convient encore de noter que l'on peut envisager l'utilisation d'une bobine de correction supplémentaire 56- fixée à la chambre de mesure de dépression 16 et agissant sur un noyau magnétique supplémentaire 57 solidaire du manchon 25, tel que cela apparait sur la figure 1. Ce dispositif de correction supplémentaire permet de faire varier simultanément la position du papillon de régulation 13 et celle du pointeau 38 de manière à déplacer, suivant les besoins, le point d'adaptation de la chambre de mesure 16 de la dépression constante de façon à - améliorer les départs à froid, - compenser les effets des pulsations à certaines vitesses critiques du moteur, - limiter la perte de charge due au papillon 13 pour les débits de gaz maximaux. Le déplacement simultané du papillon 13 et du pointeau 38 ne changeront pas la richesse de fonctionnement dans le cas où le débit d air traversant le carburateur n'est pas pulsé. REVENDICATIONS 1. Carburateur à dépression constante comportant un élément de régulation de dépression monté a l'entrée de la chambre de mélange du carburateur et soumis, conjointement avec un élément commandant l arrivée du carburant dans ladite chambre, à l'action d'un organe de rétroaction réagissant aux variations de la différence de dépression en amont et en aval dudit élément de régulation de dépression en fonction des variations du débit d'air, carac térisé par le fait qu'il comporte des moyens agissant par voie électromagnétique sur l'élément de commande d'arrivée de carburant sans affecter l'élément de régulation de dépression, pour corriger la richesse de mélange air-carburant en fonction de la composition des gaz d'échappement du moteur, ou de tout autre paramètre provenant du moteur. 2. Carburateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens électromagnétiques comprennent un noyau magnétique monté coulissant à l'encontre de deux ressorts antagonistes à l'intérieur d'un manchon creux coulissant en un matériau non-magnetique sur lequel est fixé un piston maintenu en équilibre par deux ressorts antagonistes dans une chambre de mesure de dépression et-des solénoïdes solidaires dudit manchon et excités en fonction de la composition des gaz d'échappement du moteur. 3. Carburateur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le manchon est directement relié à un papillon de régulation de dépression et que le noyau magnétique agit directement sur un pointeau de commande d'arrivée de carburant sollicité par un ressort de rappel. 4. Carburateur suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la raideur du ressort de rappel du pointeau est choisie de façon que ledit ressort n 'affecte pas le mouvement du noyau magnétique sous l'action des solénoldes. 5. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la commande des solénol- des est asservie à l'information de richesse élaborée sous une forme de tension électrique par un détecteur d'analyse des gaz d'échappement (détecteur d'oxygène et/ou d'oxyde de carbone et/ou de gaz carbonique) du moteur par l'intermédiaire d'une unité de contrôle électronique connue en soi, de manière à assurer toutes les corrections de richesse nécessaires pour le bon emploi du moteur et donc du véhicule (mise en action, démarrage, ralenti, plein gaz etc...) électriquement au niveau des solénoïdes à partir d'informations électriques issues de capteurs électriques appropriés par l'intermédiaire de l'unité de contrôle électronique. 6. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps du carburateur est muni d'un système de buse et double diffuseur améliorant la pulvérisation du carburant et filtrant partiellement les ondes acoustiques émises par le moteur. 7. Carburateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un solénoïde supplémentaire peut faire varier la valeur de la dépression règnant dans la chambre de façon à compenser l'influence des pulsations de débit d'air en déplaçant simultanément le papillon de régulation de dépression et le pointeau de dosage du carburant.