Brevet FR2463282A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un disposilif de commande du rapport air- combustible pour un dispositif de contrôle d'émission de moteur à combustion interne avec un cataly- seur à triple effet, et plus particulièrement, un disposi- tif de commande du rapport air-combustible pour l'amener à une valeur à peu près égale à celle du rapport stoechio- métrique, afin de permettre un fonctionnement efficace du catalyseur à triple effet. Un dispositif de ce genre, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 132 199 est un dispositif de com- mande en boucle fermée dans lequel un capteur d'oxygène dé- tecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement et produit un signal électrique qui donne une indication sur le rapport air-combustible du mélange fourni au moteur. Ce dispositif détermine si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est supérieur ou inférieur à la valeur stoechio- métrique, pour produire un signal d'erreur et pour comman- der le rapport air-combustible du mélange admis dans le moteur en fonction de ce signal d'erreur. Un dispositif de commande en boucle fermée de ce genre oscille de façon inhérente, en'raison du retard de détec- tion du capteur d'oxygène, du retard de commande dans l'en- semble, etc.. L'oscillation *provoqoela variation du rappoit air-combustible commandé par rapport à la valeur st oechio- métrique. Cette variation est accrue dans des conditions d'accélération du moteur. Le dispositif de contr8le d'émis- sion ne peut alors effectuer la réduction souhaitée des constituants nocifs dans les gaz d'échappement. L'invention a donc pour objet de réaliser un dispositif de commande du rapport air-combustible qui peut réduire la variation du rapport aircombustible par rapport à sa valeur stoechiométrique, permettant ainsi un fonctionnement efficace du catalyseur à triple effet. L'invention concerne donc un dispositif de commande du rapport aircombustible pour un carburateur de moteur a combustion interne comportant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement, un papillon de carburateur, un dispositif' de détection de la concentration d'un consti- tuant des gaz passant dans la tubulure d'échappement, un dispositif de fourniture de mélange air-combustible et au moins une soupape électromagnétique destinée à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par le dispositif de fourniture de mélange; ce dispositif comporte un circuit de jugement qui examine le signal de sortie du dispositif de détection par rapport à une valeur prédéterminée, un circuit d'intégration du signal de sortie du circuit de jugement, un circuit de détection de valeur médiane qui détecte une valeur médiane entre des valeurs minimales et maximales de tension à la sortie du circuit d'intégration et un circuit d'attaque qui délivre un signal de sortie pour commander les soupapes électromagnétiques en fonction du signal de sortie du circuit de détection de valeur mé- diane, afin d'amener le rapport air-combustible à une va- leur pratiquement égale à la valeur du rapport strechiométri- que. 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- ple nullement limitatif: la figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande du rapport air-combustible selon l'invention, la figure 2 est un schéma simplifié d'un circuit de commande électrique selon l'invention, la figure 2a représente un circuit de détection de va- leur médiane, la figure 3 représente des formes d'onde de signaux dans certaines parties du circuit de la figure 2, la figure 4 représente des formes d'onde destinées à expliquer le fonctionnement du comparateur de la figure 2, et la figure 5 représente des courbes du rapport air-com- bustible. La figure 1 montre un carburateur 1 qui communique avec un moteur à combustion interne 2. Le carburateur comporte une cuve 3, un venturi 4, une buse 5 qui communique avec la cuve 3 par un passage principal 6 et un gicleur de ra- lenti 10 qui communique avec la cuve 3 par un passage de ralenti 11. Des passages de correction d'air 8 et 13 sont disposés en parallèle avec une entrée d'air principale 7 et une entrée d'air 12 de ralenti. Des soupapes électromagné- tiques 13 et 14 du type à tout ou-rien sont prévues pour les passages de correction d'air 8 et 13. L'orifice d'en- trée de chaque soupape électromagnétique communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Un capteur d'oxygène 19 est placé dans la tubulure d'échappe- ment 17, en amont d'un convertisseur catalytique-18 à tri- ple effet, pour détecter la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement. Un capteur de papillon 20 utilisé dans un mode de réa- lisation de l'invention détecte le degré d'ouverture du papillon 9. Les signaux d'entrée des capteurs 19 et 20 sont appliqués à un circuit de commande électronique 21 pour commander les soupapes électromagnétiques 14 et 15 et amener ainsi le rapport air-combustible du mélange à une valeur voisine de son rapport stoechiométrique. Comme le montre la figure 2, le signal de sortie du capteur d'oxygène 19 est appliqué à un circuit de jugement 23 par l'intermédiaire d'un amplificateur 22. Le circuit de jugement 23 examine le signal d'entrée par rapport à un ni- veau de découpage appliqué par un circuit 24 de réglage de niveau de découpage, afin de produire un signal de sortie supérieur ou inférieur aui niveau de découpage. Le signal de sortie est appliqué à un circuit 26 de détection de va- leur médiane par l'intermédiaire d'un circuit d'intégration 25. Le fonctionnement du dispositif sera expliqué maintenant en regard de la figure 3, sur laquelle en (a) la partie qui se trouve au-dessus de la ligne LT de rapport stochiométri- que désigne un mélange air-combustible riche. Une forte aug- mentation "R" (en A sur la figure 5) du rapport air-combus- tible se produit souvent à l'accélération du moteur en rai- son de l'enrichissement par le dispositif d'alimentation dans le carburateur à l'accélération. Le capteur d'oxygène 19 délivre une tension de sortie qui varie de la manière représentée en (a) sur la figure 3 et en fonction du rapport air-combustible représenté en A sur la figure 5. Quand le mélange est riche, la tension de sortie du capteur est plus élevée que la tension correspondante à la valeur stochiomé- trique et, quand le mélange est pauvre, la tension de sortie est inférieure à cette valeur. Le signal de sortie du cap- teur d'oxygène est appliqué au circuit de jugement 23 par l'intermédiaire de l'amplificateur 22. Le circuit de juge- ment 23 examine le signal d'entrée en le comparant avec le niveau de découpage fourni par le circuit 24 de réglage de niveau de découpage, de manière à produire un signal de sor- tie rectangulaire représenté en (b) sur la figure 3. Le ni- veau de découpage réglé à une valeur qui correspond au rap- port stoochiométrique. Le signal de sortie pulsé est intégré dans le circuit d'intégration 25, comme représenté en (c) sur la figure 3. Le circuit 26 de détection de baleur médiane détermine la valeur médiane C0 entre la tension maximale et la tension minimale de chaque section linéaire C 1 du signal triangulaire intégré. La figure 3 montre en (d) la varia- tion de la valeur médiane. Dans un dispositif courant, le signal de sortie du cir- cuit d'intégration 25 est appliqué directement au compara- teur 31 dans lequel il est comparé avec les impulsions tri- angulaires produites par le générateur 32 et ainsi, la sor- tie du comparateur délivre des impulsions d'attaque. La fi- gure 5 montre en B les variations du rapport air-combusti- blé commandé dans le dispositif courant, et correspondant à la courbe A de cette même figure. Il apparaît ainsi que le rapport air-combustible de la figure 5 est commandé dans une plage voisine de la valeur stoechiométriqoeST. Mais il apparaît aussi qu'il existe des variations riche-pauvre V1, V2, V3, V4...qui n'existent pas dans la courbe du rapport air-combustible en A sur la figure 5. Cela résulte du fait que la commande est assurée avec le signal réel intégré et que les variations du signal intégré font varier considéra- blement le rapport air-combustible commandé, comme cela ap- paratt en B sur la figure 5. L'invention résout ce problème en utilisant la valeur médiane entre les valeurs maximales et minimales du signal intégré, comme signal de référence. Plus particulièrement, et comme cela apparalt en pointillés sur la figure 2, le si- gnal de sortie (d) de la figure 3 provenant du circuit 26 de détection de valeur médiane est appliqué à un compara- teur 31 pour commander les soupapes électromagnétiques 14 et 15. Grâce à cette disposition, il est possible que le rapport air-combustible approche la valeur stoechiométrique. De plus, étant donné que la valeur médiane C0 est décidée quand la tension de sortie du circuit d'intégration 25 at- teint une valeur maximale C1, le signal de valeur médiane C. est produit après que le signal de sortie du circuit a at- teint réellement cette valeur médiane. Ce retard est désigné par "Td" en (c) sur la figure 3. Ce retard entraîne le re- tard de commande. En outre, l'accélération provoque une for- te augmentation "R" du rapport air-combustible entraînant la variation du rapport commandé. L'invention offre un moyen d'éviter le retard de comman- de et la variation résultante due à l'accélération du mo- teur. Le capteur de papillon 20 est prévu a cet effet. Le signal de sortie du capteur de papillon 20 est appli- qué à un circuit 27 de détection d'accélération et de décé- lération. Ce circuit de détection d'accélération et de dé- célération délivre une tension de sortie en fonction de l'accé- lération et de la décélération du papillon. Les signaux de sortie des circuits 26 et 27 sont addi- tionnés par un circuit de sommation 28. Le s gnal de sortie du capteur de papillon 20 est également appliqué à un généra- teur d'impulsions 29. Ce dernier produit un train d'impul- sions dont la fréquence de répétition dépend du degré d'ou- verture et de l'accélération angulaire du papillon 9, i ainsi que de la durée d'accélération. Les signaux de sortie des circuits 28 et 29 sont appliqués à un circuit de somma- tion 30. Le signal de sortie du circuit 30 est comparé dans le comparateur 31 avec les impulsions triangulaires provenant du générateur 32 dtimpulsions triangulaires. Le signal de sortie du comparateur 31 est appliqué aux soupapes électro- magnétiques 14 et 15 par le circuit d'attaque 33. Le capteur de papillon 20 produit des signaux d'accélé- ration et de décélération selon le fonctionnement du moteur, comme le montre la figure 3 en (e). Ces signaux sont diffé- renciés dans le circuit 27 de détection d'accélération et de décélération, comme représenté en (f) sur la figure 3. Le signal de sortie du circuit 27 est additionné au signal de sortie du circuit 26 par le circuit de sommation 28. Le signal différentiel représenté en (f) sur la figure 3 appa- ralt avant le signal de valeur médiane provenant du circuit 26. Ainsi, le retard "Td" de la valeur médiane détectée est compensé par l'addition du signal différencié. Par ail- leurs, le générateur d'impulsions 29 délivre un train d'im- pulsions dont la fréquence de répétition varie selon le de- gré d'ouverture et l'accélération angulaire du papillon 9 et de la durée d'accélération. La fréquence augmente avec l'accélération angulaire. La figure 3 montre en (g) la fré- quence de répétition en fonction de l'accélération indiquée en (e) sur la figure 3. Le train d'impulsions (g) est addi- tionné au signal de sortie de valeur médiane corrigée du circuit 28 par le circuit de sommation 30. Ainsi, le signal de sortie de valeur médiane corrigé est converti en un train d'impulsions représenté en (h) sur la figure-3 et la fréquence de répétition des impulsions pendant une période correspondant à l'accélération (e) de la figure 3 est aug- mentée. Le signal de sortie pulsé du circuit de sommation 30 est comparé avec les impulsions triangulaires du générateur 32 dans le circuit comparateur 31. Comme le montre la figure 3 en (i)et la Fig.4,le signal de sortie pulsé (h) découpe les impulsions triangulaires (i) de sorte que des impulsions de sortie (j) sont produites. Les impulsions de sortie sontappliquées aux soupapes électromagnétiques 14 et 15 par l'intermédiai- re du circuit d'attaque 33, afin d'actionner ces soupapes. La figure 4 montre que lorsque le niveau du signal (h) est élevé, des impulsions sont produites avec un plus grand rapport. Ainsi, lorsqu'un rapport air-combustible riche est détecté, la durée d'ouverture des soupapes 14 et 15 est aug- mentée, de sorte qu'un mélange pauvre peut être fourni au moteur. Quand le moteur est accéléré, lr fréquence de répé- tition des impulsions de sortie (j) est augmentée. Ainsi, la réponse du dispositif de commande peut être accélérée de sorte que les variations du rapport air-combustible peuvent être réduites. En outre, le retard de commande dû à l'accélération peut être corrigé. La figure 5 montre en C les variations du rapport air-combustible dans le dispositif de commande selon l'invention, ce rapport étant commandé dans une plage relativement étroite autour du rapport stoe- chiométrique. Il faut observer, à la lumière de la description faite ci-dessus, que dans le dispositif de commande en boucle fer- mée selon l'invention, le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est comparé avec la valeur souhaitée pour produire un signal d'erreur et que ce signal d'erreur est intégré; des valeurs médianes entre des valeurs maximales et minimales du signal intégré sont détectées et ces valeurs médianes sont converties en un signal d'attaque des soupapes électromagnétiques. Cela permet de réduire les variations du rapport air-combustible commandé. En outre, et selon l'invention, le retard de commande dû à l'accélération peut 8tre corrigé par une compensation au moyen du signal différencié, et la réponse peut être ac- célérée en augmentant la fréquence de répétition des impul- sions d'attaque. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande du rapport air-combustible pour le carburateur d'un moteur à combustion interne com- portant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappe- ment (17) un papillon de carburateur (9), un dispositif (19) de détection de la concentration d'un constituant des gaz d'échappement passant par ladite tubulure d'échappement, un dispositif de fourniture de mélange aircombustible dans la tubulure d'admission et au moins une soupape électromagné- tique (14,15) destinée- à corriger le rapport air-combus- tible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture de mélange, dispositif caractérisé en ce qu'il -comporte un circuit de jugement (23) destiné à examiner le signal de sortie dudit dispositif de détection (19), par rapport à une valeur prédéterminée, un circuit d'intégration (25) destiné à intégrer le signal de sortie dudit circuit de juge- ment, un circuit (26) de détection de valeur médiane produi- sant plusieurs valeurs médianes entre deux valeurs maximale et minimale voisines du signal de sortie dudit circuit d'in- tégration et un circuit d'attaque (31,33) destiné à comman- der lesdites soupapes électromagnétiques (14,15) en fonc- tion du signal de sortie dudit circuit (26) de détection de valeur médiane de manière que le rapport (air-combustible) soit commandé pour l'amener à une valeur pratiquement égale à la valeur du rapport stchiométrique. 2 - Dispositif de commande du rapport air-combustible pour un carburateur de moteur à combustion interne comportant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement (17), un papillon de carburateur (9), un dispositif (19) de détec- tion de la concentration d'un constituant des gaz qui pas- sent dans ladite tubulure d'échappement, un dispositif de fourniture de mélange air-combustible et au moins une soupape élec- tromagnétique (14,15) destinée à corriger. le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture-de mélange, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de jugement (23) destiné à examiner le signal de sortie dudit dispositif de détection par rapport à une valeur établie, un circuit d'intégration (25) destiné à intégrer le signal de sortie dudit signal de jugement, un circuit (26) de détection de valeur médiane destiné à dé- tecter une valeur médiane entre des valeurs de crête du si- gnal de sortie dudit circuit d'intégration, un capteur de papillon (20) destiné à produire un signal de sortie qui dépend du fonctionnement dudit papillon, un dispositif (17) de détection d'accélération qui différencie le signal de sor- tie dudit capteur de papillon, un circuit de sommation (28) destiné à additionner les signaux de sortie dudit circuit de détection de valeur médiane et dudit circuit de détection d'accélération, et un circuit d'attaque (31,33) destiné à commander les soupapes électromagnétiques (14,15) en fonc- tion du signal de sortie dudit circuit de sommation de ma- nière que le rapport air-combustible soit commandé pour l'a- mener à une valeur pratiquement égale à celle du rapport stoechiométrique. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites soupapes électromagnétiques (14,15) sont des soupapes fonctionnant par tout ou rien pour corriger le rap- port air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture de mélange, le dispositif comportant également un générateur (32) d'impulsions triangulaires, ledit cir- cuit d'attaque (31,33) consistant en un dispositif qui com- pare le signal de sortie dudit circuit de sommation (28) avec les impulsions triangulaires provenant dudit générateur (32) de manière à produire des impulsions rectangulaires pour attaquer lesdites soupapes électromagnétiques. 4 - Dispositif de commande du rapport air-combustible pour un carburateur de moteur à combustion interne compor- tant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement (17), un papillon de carburateur (9), un dispositif (19) de détection de la concentration d'un constituant des gaz passant par ladite tubulure d'échappement, un dispositif de fourniture de mélange air-cEnibustible et au moins une soupape élec- tromagnétique (14,15) fonctionnant par tout ou rien et destinée à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture de mélange, dis- positif caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de jugement (23) destiné à examiner le signal de sortie dudit dispositif de détection par rapport à une valeur établie, un circuit d'intégration (25) destiné à intégrer le signal de sortie dudit circuit de jugement, un circuit (26) de détection de valeur nédiane destiné à détecter plusieurs valeurs médianes entre deux valeurs voisines maximale et minimale du signal de sortie dudit circuit d'intégration, un capteur de papillon (20) destiné à produire un signal de sortie qui dépend du fonctionnement dudit papillon, un cir- cuit (27) de détection d'accélération destiné à différen- cier le signal de sortie dudit capteur de papillon, un géné- rateur d'impulsions (29) produisant un train d'impulsions dont la fréquence de répétition varie en fonction du 'signal de sortie dudit capteur de papillon, un circuit de sommation (28) qui additionne le signal de sortie dudit circuit de détection de valeur médiane avec le signal de sortie dudit circuit de détection d'accélération et le signal de sortie dudit générateur d'impulsions, un générateur (32) d'impul- sions triangulaires et un circuit comparateur (31) destiné à comparer le signal de sortie dudit circuit de sommation avec des impulsions triangulaires provenant dudit généra- teur (32) de manière à produire des impulsions d'attaque desdites soupapes électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien.