Brevet FR2465887A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne un dispositif de com- mande, par exemple un dispositif de commande du rapport air-combustible pour un système de contrôle d'émission de moteur à combustion interne avec un catalyseur à triple effet et, plus particulièrement, un dispositif de commande du rapport air-combustible pour l'amener à une valeur pro- che de celle du rapport stoéchiométrique afin de permettre un bon fonctionnement du catalyseur à triple effet. Ce dispositif est un dispositif de commande en boucle fermée, dans lequel un capteur d'oxygène détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement et produit un signal é- lectrique donnant une indication sur le rapport air-com- bustible du mélange fourni par un carburateur. Le dispo- sitif de commande comporte un circuit de jugement qui exa- mine le signal de sortie du capteur d'oxygène, un circuit d'intégration connecté au circuit de jugement, un circuit d'attaque qui produit des impulsions rectangulaires à par- tir du signal de sortie dudit circuit d'intégration et une soupape électromagnétique du type fonctionnant par tout ou rien et destinée à corriger le rapport air-combus- tible du mélange. Le dispositif de commande détermine si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est supérieur ou inférieur à une valeur de référence prédé- terminée correspondant au rapport air-combustible stoéchio- métrique, et il produit un signal d'erreur pour commander la soupape électromagnétique afin de fixer le rapport air- combustible du mélange. De par sa nature, ce dispositif de commande en boucle fermée oscille en raison du retard de détection du capteur d'oxygène. Plus particulièrement, le mélange corrigé par la soupape électromagnétique est admis dans les cylindres du moteur en passant par la tubulure d'admission et il y est bralé, et il est ensuite éliminé par la tubulure d'é- chappement. Par conséquent, au moment o. le capteur d'oxy- gène détecte la teneur en oxygène dans les gaz d'échappe- ment sur la base du mélange corrigé, l'action corrective de la soupape électromagnétique a dépassé le point voulu. Il en résulte qu'un mélange riche ou pauvre, sous l'effet du dépassement, est admis dans le moteur et l'écart est dé- tecté par le capteur d'oxygène. Une action corrective est ainsi prise dans le sens opposé. Après cette oscillation de la commande, la variation du rapport air-combustible du mélange converge vers le rapport stoéchiométrique. L'é- cart du rapport air-combustible du mélange est donc cor- rigé jusqu'au rapport stoéchiométrique avec un certain re- tard. La réduction souhaitée des constituants nocifs ne peut donc être atteinte. Par ailleurs, il a été constaté que,si le catalyseur à triple effet est exposé à des gaz d'échappement dont le rapport des constituants s'écarte périodiquement d'une valeur moyenne en une période appropriée, le catalyseur peut être activé, ce qui augmente l'effet de réduction d'émission. Un objet de l'invention est donc de réaliser un dis- positif de commande dans lequel la sortie commandée oscille d'une façon telle que le sens de l'écart par rapport à la valeur voulue peut 9tre défini, ce qui permet de corriger rapidement l'écart par rapport à la valeur voulue. L'invention concerne donc un dispositif de commande de rapport aircombustible pour un moteur à combustion interne comportant une tubulure d'admission, une tubulure d'échap- pement, un dispositif de fourniture de mélange air-com- bustible et un dispositif électromagnétique qui corrige le rapport air-combustible du mélange fourni par le dis- positif de fourniture de mélange; le dispositif comporte un générateur de signal oscillatoire produisant un signal oscillatoire périodique dont la forme d'onde contient plu- sieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, l'une au moins des parties maximalesétant inférieure à une autre des parties maximales et l'une au moins des parties minimales étant supérieure à une autre des parties mini- males; le dispositif comporte également un circuit de commande de décalage destiné à décaler le niveau de la ligne centrale du signal oscillatoire, un circuit de com- mande qui produit un signal de sortie de commande en fonc- tion du signal oscillatoire pour commander le dispositif 2465887. électomagnétiqae, un détecteur de la concentration d'un constituant des gaz d'échappement passant par la tubulure d'échappement, ce détecteur comportant un dispositif qui discrimine les valeurs supérieures à une valeur de réfé- rence correspondant au rapport air-combustible stoéchio- métrique des valeurs inférieures avec un changement brus- que, lun circuit de jugement qui examine la forme d'onde du signal de sortie du détecteur et qui la compare avec le signal oscillatoire afin de détecter une partie supprimée dans le signal oscillatoire, et produisant Lu signal de juagement correspondant à la partie détectée; le disposi- tif comporte également Un générateur de période standard qui commande la période du signal oscillatoire et le fonc- tionnement du circuit de jugement, un capteur de vitesse du moteur qui réduit la période standard quand la vitesse du moteur augmente, et un générateur de signal de déca- lage qui produit un signal de décalage en fonction du si- gnal de jugement pour régler le circuit de commande de dé- calage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exem- ples nullement limitatifs: La fig. 1 représente schématiquement un dispositif de commande air-combustible, La fig. 2 est une courbe de la force électromotrice du capteur d'oxygène en fonction du rapport air-combusti- ble du mélange fourni par le carburateur, La fig. 3 est un schéma simplifié d'un dispositif de commande électronique selon l'invention, La fig. 4 est une courbe montrant la relation entre la vitesse du moteur et la période du signal standard, La fig. 5 montre un exemple d'un signal oscillatoire, Les fig. 6A et 6B montrent la relation entre le ni- veau du signal oscillatoire et celui du signal de commande, La fig. 7 représente le signal oscillatoire, Les fig. 8 à 10 montrent la relation entre l'écart du signal oscillatoire et le signal de sortie du circuit de jugement, 2465887, La fig. 11 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention, La fig. 12 représente un exemple d'un circuit élec- tronique du dispositif selon l'invention, et La fig. 13 représente les formes d'ondes de signaux en différents points de la fig. 12. La fig. 1 montre donc un carburateur 1 qui communique avec un moteur à combustion interne 1. Le carburateur com- porte une cave 3, un venturi 4 dans la tubulure d'admis- sion, une buse 5 qui coLmmunique avec la cuve 3 par un pas- sage principal 6, et un gicleur de ralenti 10 près du pa- pillon 9 et communiquant avec la cave 3 par un passage de ralenti 11. Des passages de correction d'air 8 et 13 sont prévus en parallèle avec une entrée principale d'air 7 et une entrée d'air 12 de ralenti. Des soupapes électroma- gnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien sont prévues pour les passages de correction d'air 8 et 13. L'orifice d'entrée de chaque soupape électromagnétique com- munique avec l'atmosphère avec un filtre à air 16. Un cap- teur d'oxygène 19 est disposé dans un tuyau d'échappement 17 pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappe- ment provenant du moteur 2. Un convertisseur catalytique 18 à triple effet est disposé dans le tuyau d'échappement 17 en aval du capteur d'oxygène 19. La tension de sortie V19 du capteur d'oxygène 19 va- rie brusquement au rapport des gaz d'échappement voisin du rapport aircombustible stoéchiométrique du mélange fourni par le carburateur, comme le montre la fig. 2, de sorte qu'il est possible de détecter si le mélange air- combustible dans la tubulure d'admission est plus riche ou plus pauvre que le rapport stoéchiométrique, en détec- tant la tension du capteur d'oxygène 19. Le signal de sortie du capteur 19 est appliqué à un dispositif de com- mande électronique 20 pour commander les soupapes élec- tromagnétiques 14 et 15. La fig. 3 montre que le dispositif de commande élec- tronique comporte un générateur 21 de signal oscillatoire qui produit le signal oscillatoire (a) de la fig. 7 et de 2465887. la fig. 5. Le signal oscillatoire (a) est appliqué à un circuit de commande 24 par un circuit 22 de commande de dé- calage, qui sera décrit par la suite, et d'un circuit 23 de commande d'amplitude; le circuit de commande attaque les soupapes électromagnétiques 14 et 15. Comme le montrent les fig. 5 et 7, la forme d'onde du signal oscillatoire (a) est répétitive par cycles. Un cycle de la forme d'onde comporte deux parties maximales élevées "a", "c", une par- tie maximale basse "e", deux parties minimales basses "d", "f" et une partie minimale moins basse "b". La hauteur "P" de la partie maximale élevée par rapport à la ligne cen- trale 0 est égale à la profondeur "Dp" de la partie mini- male basse par rapport à la ligne centrale O. La profon- deur de la partie minimale "b" moins basse par rapport à la ligne centrale O est par exemple la moitié de la pro- fondeur "Dp" de la partie minimale basse. Le circuit de commande 24 produit des impulsions de commande représentées sur la fig. 6A, en fonction de la tension d'entrée de la forme d'onde (a). Comme le montre la fig. 6A, une tension supérieure correspondant à un ma- ximum du signal oscillatoire produit une impulsion de commande dp de grande durée, c'est-à-dire avec un grand rapport d'impulsions, et une tension plus basse V1 cor- respondant à un minimum du signal oscillatoire produit une impulsion Pn plus courte, c'est-à-dire avec un plus petit rapport d'impulsions. Par conséquent, les soupapes élec- tromagnétiques 14 et 15 sont commandées par les impulsions de commande de la fig. 6A en fonction de la tension du si- gnal oscillatoire (a). Quand les soupapes sont actionnées par une impulsion longue, un mélange pauvre est produit, étant donné qu'il entre davantage d'air. Une impulsion courte produit un mélange riche. Par conséquent, la varia- tion du rapport air-combustible du mélange fourni par le carburateur est représentéepar la même forme d'onde. La fig. 7 montre en (a) la variation du rapport air- combustible du mélange, avec la même forme d'onde. Quand le rapport air-combustible du mélange repré- senté par la forme d'onde (a) de la fig. 7 s'écarte de la ligne "S" de rapport stoéchiométrique, vers le c8té pauvre comme représenté en (a) sur la fig. 7, la tension de sortie du capteur d'oxygène 17 qui détecte les gaz d'échappement correspondant au mélange varie comme le montre la fig. 7 en (b). Etant donné que le faible rapport air-combustible du mélange correspondant à la partie maximale basse ne" de la forme d'onde (a) de la fig. 7 se trouve au-dessous de la ligne stoéchiométrique "S", le capteur d'oxygène ne pro- duit pas de tension de sortie pour cette partie "e". Par conséquent, la forme d'onde (b) de la fig. 7 ne produit pas une partie de forme d'onde correspondant à la partie "e". Mais la tension de sortie contient des perturbations dS1, dS2 dues à des parasites produits par le moteur. La tension de sortie (b) du capteur d'oxygène est appliquée à un cir- cuit 27 d'élimination de perturbations comprenant un cir- cuit différenciateur, par l'intermédiaire d'unt compara- teur 27a. Le circuit 27 différencie la tension de sortie du capteur d'oxygène 17 de manière à produire le signal re- présenté en (c) sur la fig. 7. Un générateur 25 de période standard produit un train d'impulsions de période standard. La phase des impulsions du circuit 25 est réglée par un circuit à retard 30 pour coïncider avec la phase du signal de sortie du capteur d'o- xygène, qui correspond également à la phase du signalos- cillatoire. Ce train d'impulsions de période standard ré- glée est représenté en (d) sur la fig. 7. Le signal (c) de la fig. 7 est comparé avec le train d'impulsions de pé- riode standard réglée, de sorte que les perturbations dS1 et dS2 sont éliminées comme le montre la fig. 7 en (e). Le signal (e) de la fig. 7 est appliqué à un circuit de jugement 28. Ce dernier produit un signal de sortie rectangulaire, représenté en (f) sur la fig. 7, par le dé- clenchement avec le signal (e) de la fig. 7. Etant donné que la partie maximale basse ne" du mé- lange représenté en (a) sur la fig. 7 se trouve sur le c8- té pauvre, une longue partie de niveau bas "w" est formée dans le signal de jugement (f) de la fig. 7. Ainsi, le si- gnal lié au mélange (a) de la fig. 7 sur le côté pauvre est détecté par la partie de niveau bas "w" du signal (f) dé- rivé du capteur d'oxygène 19. La fig. 9 montre um exemple du signal de jugement (f') provenant du circuit 28 quand le rapport air-combustible du mélange est à sa valeur stoéchiométrique. Il y a lieu de comparer le signal oscillatoire (a) correspondant lorsque la ligne centrale pauvre a été décalée vers la ligne stoé- chiomètrique S. Le signal de jugement contient des impul- sicns a' te f', chacune de même durée. La fig. 10 montre un autre exemple du signal de juge- ment f" quand le mélange air-combustible dévie vers le côté riche. Il y a lieu de comparer le signal oscillatoire (a) correspondant quand la ligne centrale 0 a été décalée vers la ligne stoéchiométrique S. Le signal de jugement f" contient une longue partie de niveau bas d', e', f'. Au- trement dit, si les parties maximales du signal oscilla- toire, correspondant au rapport air-combustible du mélange, s'écartent de la valeur stoeéchiométrique, un signal de ju- gement de niveau haut est produit, sans partie minimale. Le signal de jugement (f. f' ou f" suivant le cas) est appliqué à un générateur 29 de signal de décalage qui produit un signal de décalage (g) en fonction de la durée de la partie de niveau haut ou de niveau bas du signal f, f' ou f". Le signal de décalage (g) est appliqué au cir- cuit 22 de commande de décalage de manière à décaler le signal oscillatoire (a) provenant du générateur 21 de si- gnal oscillatoire, en fonction de ce signal (g), c'est-à- dire en fonction de l'écart détecté dans les gaz d'échap- pement qui, à son tour, dépend du rapport air-combustible du mélange dans la tubulure d'admission. La fig. 8 montre un exemple de la variation de l'é- cart de la forme d'onde du mélange et de la variation du signal de sortie (f) de la fig. 7 provenant du circuit de jugement 28. Si l'on suppose que la forme d'onde oscilla- toire "A" est entièrement décalée du rapport stoéchiomé- trique vers le c8té riche, le signal de sortie "A'" de niveau haut est produit sans partie minimale. En fonction 2465887; du signal de sortie "A'", le signal oscillatoire du cir- cuit 21 est décalé vers le côté pauvre par les circuits de décalage 29 et 22. Si la forme d'onde oscillatoire est disposée, comme représenté en "B" encore en partie vers le c8té riche, un signal de sortie "B'" de niveau haut est produit. Le signal oscillatoire suivant produit par le circuit 21 est donc dé- calé en fonction du signal''". il faut noter que l'écart de la forme d'onde oscillatoire du mélange est détecté à l'instant t1, avant que l'impulsion "B'" soit terminée. Si la ligne centrale 0 de la forme d'onde oscilla- toire du mélange coïncide avec le rapport stoéchiométrique, par exemple pour les signaux "C"' ou si la ligne centrale est disposée dans la plage entre la partie maximale basse "e" de la fig. 5 et la partie minimale moins basse "b", des impulsions uniformes sont produites. L'émission d'un signal de sortie en impulsions uniformes indique que le rapport aircombustible, détecté par le capteur d'oxygène, est à peu près égal au rapport stoéchiométrique. Le géné- rateur 29 de signal de décalage ne produit donc pas de signal de sortie lorsqu'il reçoit des impulsions d'entrée uniformes. La période du signal oscillatoire produit par le cir- cuit 21 est établie par le circuit 25 de période standard. Cette période varie en fonction de la vitesse du moteur (en tours par minute) à la commande du signal appliqué par un capteur de vitesse de type courant dans le transducteur 26. Comme le montre la fig. 4, cette période augmente car la vitesse du moteur diminue. Quand la vitesse du moteur est faible, la quantité des gaz d'échappement est réduite, ce qui signifie qu'il est difficile de détecter avec pré- cision la teneur en oxygène de ces gaz. La période du si- gnal oscillatoire est augmentée par la période standard du circuit 25 quand la vitesse du moteur diminue. Une com- mande sûre peut être ainsi être assurée dans toute la plage de vitesses du moteur. Un circuit de correction 31 est prévu pour le réglage précis dans l'opération de ré- glage de phase du circuit à retard 30. 2465887; La fig. 11 représente un autre mode de réalisation dans lequel l'invention est appliquée à un moteur compor- tant un dispositif d'injection de combustible. Un injec- teur de combustible 34 est disposé dans la tubulure d'ad- mission 33, en aval d'un filtre à air 32. L'injecteur 34 communique avec un réservoir à combustible 35 par l'inter- médiaire d'une pompe, non représentée, et d'une conduite 36. L'injecteur 34 est connecté à une unité de commande 37 qui comporte le dispositif de commande 20 de la fig. 3. Le capteur d'oxygène 19 et le capteur de vitesse 26 sont pré- vas pour commander le dispositif de commande 20. Dans ce dispositif, l'injecteur 34 est commandé par le signal oscillatoire de la même manière que dans le précédent mo- de de réalisation, permettant ainsi d'assurer un contrôle effectif de l'émission. La fig. 12 représente un exemple d'un circuit élec- tronique pour le dispositif selon l'invention. Le circuit de jugement 28 comporte un circuit basculeur D-JK 40. Le capteur de vitesse 26 comporte une bobine d'allumage 41 et un contact distributeur 42. La fig. 13 représente les formes d'ondes des signaux en différents points de la fig. 12, ces formes d'ondes W1 à W10 étant désignées de la même manière aux points correspondants de la fig. 12. Il apparait ainsi que l'invention concerne un dispo- sitif de commande dans lequel la sortie commandée, c'est- à-dire la quantité traitée, est mise en oscillation par un signal oscillatoire d'une façon telle que le signal d'erreur minimale nécessaire puisse être produit. Ainsi, une variation de la sortie peut converger rapidement vers la valeur souhaitée. Il faut noter que des signaux oscil- latoires avec des formes d'ondes différentes de celles il- lustrées peuvent convenir. Si un capteur autre qu'un cap- teur d'oxygène est utilisé et produit une tension de sor- tie linéaire, il est nécessaire de prévoir un comparateur dans lequel la tension de sortie est comparée avec un ni- veau standard correspondant au rapport stoéchiométrique, afin que la tension de sortie puisse varier brusquement au niveau standard. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande du rapport air-combustible pour un moteur à combustion interne comportant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement (17), un dispositif de fourniture de mélange aircombustible et un dispositif électromagnétique (14, 15) destiné à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture de mélange, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (21) de signal oscillatoire qui pro- duit un signal oscillatoire périodique dont la forme d'on- de contient plusieurs parties maximales et plusieurs par- ties minimales, l'une au moins desdites parties maximales étant inférieure à une autre desdites parties maximales et l'une au moins desdites parties minimales étant supé- rieure à une autre desdites parties minimales, ledit dis- positif comportant également un circuit (22) de commande de décalage destiné à décaler le niveau de la ligne centrale dudit signal oscillatoire, un circuit de commande (24) produisant un signal de sortie de commande en fonction du- dit signal oscillatoire pour commander ledit dispositif électromagnétique (14, 15), un détecteur (19) de la con- centration d'un constituant des gaz d'échappement passant par ladite tubulure d'échappement, ledit détecteur (19) comprenant un dispositif (27a) destiné à discriminer les valeurs supérieures à une valeur de référence correspon- dant au rapport air-combustible stoéchiométrique des va- leurs inférieures avec un changement brusque, un circuit de jugement (28)destiné à examiner la forme d'onde du si- gnal de sortie dudit détecteur et à la comparer avec ledit signal oscillatoire pour détecter une partie éliminée du signal oscillatoire et produire ainsi un signal de juge- ment correspondant à la partie détectée, un générateur (25) de période standard destiné à commander la période dudit signal oscillatoire et le fonctionnement dudit cir- cuit de jugement, un capteur (26) du moteur qui réduit la- dite période standard quand la vitesse du moteur augmente, et un générateur (29) de signal de décalage qui produit un signal de décalage en fonction dudit signal de juge- 1 1 ment pour régler ledit circuit de commande de décalage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre Lw circuit (27) d'élimina- tion de perturbations destiné à éliminer les perturbations incluses dans le signal de sortie dudit détecteur (19). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ee que ledit générateur (29) de période standard com- mande également le fonctionnement dadit circuit (27) d'éli- minatiog de perturbations. - 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit à retard (30) des- tiné à régler la phase du signal standard provenant dudit générateur de période standard de manière qu'elle coïncide avec la phase du signal détecté. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit (27) d'élimination de perturba- tions comporte un circuit différenciateur qui différencie le signal détecté et un dispositif de comparaison du signal différencié avec le signal standard provenant dudit circuit à retard afin d'éliminer le signal différencié qui ne cor- respond pas au signal standard.