Brevet FR2463280A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un dispositif de dé- tection de paramètres de fonctionnement du papillon d'un carburateur, par exemple sa vitesse angulaire, et destiné à un dispositif de contrôle d'émission d'un moteur à com- bastion interne. Un dispositif de contrôle d'émission avec un conver- tisseur catalyseur à triple effet, tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 132 199, com- porte un capteur d'oxygène qui détecte la teneur en oxy- gène des gaz d'échappement et qui produit un signal élec- trique donnant une indication sur le rapport air-combus- tible du mélange fourni au moteur. Le dispositif juge si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est supérieur ou inférieur à la valeur stoéchiométrique, pour produire un signal d'erreur, et il commande le rapport air-combustible du mélange admis dans le moteur en fonction de ce signal d'erreur. Ce dispositif de commande en boucle fermée oscille de par sa nature en raison du retard de dé- tection du capteur d'oxygène, du retard de commande dans l'ensemble,etc. L'oscillation provoque la variation du rapport air-combustible commandé par rapport à la valeur stoéchio- métrique. Cette variation est accrue pendant les conditions d'accélération du moteur, et la commande est considérable- ment retardée dans ces conditions. Par conséquent, le contrôle d'émission ne peut effec- tuer la réduction souhaitée des constituants nocifs des gaz d'échappement. Pour compenser le retard, il est néces- saire de détecter des paramètres de fonctionnement, par exemple la vitesse angulaire, la durée d'accélération angu- laire ou l'angle d'ouverture du papillon. L'invention a donc pour objet de réaliser un disposi- tif qui peut détecter quantitativement le fonctionnement du papillon. L'invention concerne donc un dispositif de détection du fonctionnement du papillon dans un moteur à combustion interne, comportant un transducteur qui convertit un pa- ramètre physique du fonctionnement du papillon en un si- gnal électrique, un circuit de maintien d'un accroisse- ment de la tension de sortie du transducteur par rapport au temps, et un circuit de sortie qui produit continuel- lement une tension de sortie correspondant à cet accrois- sement, jusqu'à ce qu'il soit réduit jusqu'à zéro ou une valeur négative. 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 fig. 1 est une représentation schématique d'un exemple d'un dispositif de commande du rapport air-combus- tible, La fig. 2 est un schéma simplifié d'un dispositif é- lectrique de commande selon l'invention, La fig. 2a représente des circuits d'échantillonnage et maintien, La fig. 2b représente un générateur d'impulsions d'é- chantillonnage, La fig. 3 représente des formes d'ondes de signaux dans des parties du circuit de la fig. 2, La fig. 4 est un schéma simplifié d'un circuit élec- trique de commande dans lequel le dispositif selon l'in- vention peut être utilisé, La fig. 5 représente des formes d'ondes de signaux dans certaines parties du circuit de la fig. 4, La fig. 6 représente des formes d'ondes destinées à expliquer le fonctionnement du comparateur de la fig. 2, et La fig. 7 montre des variations du rapport air-combus- tible. La fig. 1 montre donc une unité de commande 1 qui re- çoit des signaux de sortie d'un capteur d'oxygène 2 et d'un capteur de papillon 3, afin de commander le rapport air-combustible de la manière décrite ci-après. Un carbu- rateur 17 communique avec un moteur à combustion interne 18. Le carburateur comporte une cuve 5, une buse 6 qui communique avec la cuve 5 par un passage principal 8, et un gicleur de ralenti 9 qui communique avec la cuve 5 par un passage de ralenti 10. Des passages de correction d'air 11 et 12 sont prévus en parallèle avec une entrée princi- pale d'air 13 et une entrée d'air 14 de ralenti. Des sou- papes électromagnétiques 4 du type tout ou rien ouvrent et ferment les passages de correction d'air 11 et 12. L'ori- fice d'entrée de chacune des soupapes 4 communique avec l'atmosphère par l'intermédiaized'un filtre à air 15. Le capteur d'oxygène 2 qui détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement est disposé dans la tubulure d'échappe- ment, en amont d'un convertisseur catalytique 16 à triple effet. La fig. 2 représente un dispositif électrique de cnomean de 3A destiné au capteur de papillon. Un papillon 20 est disposé dans un venturi 19 de la tubulure d'admission du carburateur. Le papillon est accouplé avec un contact glissant ou curseur 21 d'un potentiomètre 22 qui reçoit une tension V. La tension du curseur 21 est appliquée à - des circuits d'échantillonnage et maintien 24 et 25 par un amplificateur 23. Comme le montre la fig. 2a, chaque cir- cuit d'échantillonnage et maintien 24, 25 comporte un condensateur d'emmagasinage 24a, 25a et des portes 24b, b. Le circuit d'échantillonnage et maintien 24 est con- necté aux entrées d'un comparateur 30 à amplificateur opé- rationnel comportant un amplificateur opérationnel, par des contacts de relais 26 et 28. Le circuit d'échantillon- nage et maintien 25 est également connecté aux entrées de l'amplificateur opérationnel 30 par des contacts de relais 27 et 29. Par ailleurs, un oscillateur 33 est connecté à un gé- nérateur 34 qui produit un train d'impulsions d'échantil- lonnage. Comme le montre la fig. 2b, le générateur 34 d'impulsions d'échantillonnage comporte un diviseur 34a avec un décodeur et des circuits multivibrateurs mono- stables 34b et 34c, et il produit des impulsions d'échan- tillonnage (C) représentées sur la fig. 3 et des impul- sions d'échantillonnage (D) qui sont déphasées de 180 par rapport aux impulsions (C). Les impulsions d'échan- tillonnage (D) et (C) sont produites respectives sur les flancs arrière et les flancs avant des impulsions (B). Les impulsions d'échantillonnage (C) sont appliquées au circuit d'échantillonnage et maintien 24 pour en commander la porte 24b et les impulsions (D) sont appliquées à la porte 25b du circuit d'échantillonnage et maintien 25. Le signal de sortie de l'oscillateur 33 est appliqué à un relais 35 et également à un relais 37 par l'intermédiaire d'un inverseur 36. Le relais 35 commande le contact 26 qui connecte le circuit d'échantillonnage et maintien 24 à l'entrée non inverseuse du comparateur 30 et le contact 29 qui connecte le circuit d'échantillonnage et maintien à l'entrée inverseuse du comparatear 30. Les contacts 28 et 27 sont connectés aux entrées du comparateur 30 à l'inverse des contacts 26 et 29. Les relais 35 et 37 com- mandent respectivement les contacts 26, 29 et 28, 27. Sur la fig. 3, la courbe (A) représente la tension (A) détectée par le potentiomètre 22, et qui augmente avec l'augmentation de l'angle d'ouverture du papillon 20. Le circuit d'échantillonnage et maintien 24 reçoit le signal de tension (A) de la fig. 3, provenant du potentiomètre 22 par l'intermédiaire de l'amplificateur 23, et les im- pulsions d'échantillonnage (C) provenant du générateur d'impulsions 34, et il délivre la tension de sortie (E); le circuit d'échantillonnage et maintien 25 reçoit le signal de tension (A) provenant du potentiomètre 22 par l'amplificateur 23 et les impulsions d'échantillonnage (D) provenant du générateur d'impulsions 34 et il produit la tension de sortie (F). Plus particulièrement, et d'une ma- nière bien connue, quand la porte 24b, 25b de chaque cir- cuit d'échantillonnage et maintien est ouverte par l'im- pulsion de niveau haut provenant du générateur 34, la tension du potentiomètre 22 provenant de l'amplificateur 23 est chargée dans le condensateur 24a, 25a du circuit d'échantillonnage et maintien. La fig. 3 montre en (G) la forme d'onde inversée du signal de sortie de l'inverseur 36. Le relais 35 est com- mandé par la tension de niveau haut des impulsions de sor- tie (B) de la fig. 3, provenant de l'oscillateur 33, afin de fermer les contacts 26 et 29 et le relais 37 est com- mandé par la tension de niveau haut des impulsions de sor- tie (G) pour fermer les contacts 28 et 27. Ainsi, le com- parateur 30 compare alternativement les tensions (E) et (F) et il délivre à sa sortie la tension de sortie (H) de la fig. 3. L'amplitude du signal de tension de sortie (H) de la fig. 3 est l'accroissement de tension /\ V de la tension de sortie (A) par rapport au temps A t entre les impulsions (C) ou (D), c'est-à-dire que la tension de sortie (A) est différenciée. La vitesse angulaire du pa- pillon 20 peut donc être représentée par la tension de sortie (H) de la fig. 3. Quand le papillon s'arrgteou tourne en sens inverse, la tension de sortie du compara- teur 30 dispara5t. La vitesse angulaire et la durée du fonctionnement du papillon peuvent donc être représentées par la tension à la borne de sortie 32. Un condensateur 31 à la masse est connecté à une diode 40, connectée elle-même avec une résistance 41 en- tre le comparateur 30 et la borne de sortie 32. La tension de crête est chargée dans le condensateur 31. Quand l'ac- célération du papillon cesse, la tension chargée dans le condensateur 31 se décharge par la résistance 41. La ten- sion diminue comme cela apparaît eg (I) sur la fig. 3. Si la tension de sortie à la borne 32 est différenciée par un différenciateur, non représenté, l'accélération augu- laire du papillon 20 peut être représentée. Un dispositif qui utilise le dispositif selon l'in- vention pour commander le rapport air-combustible sera maintenant décrit en regard de la fig. 4, qui montre un exemple d'un dispositif de commande de rapport air-combus- tible. Les formes d'ondes représentées sur les fig. 3, 6 et 7 sont indiquées aux endroits o elles apparaissent dans le circuit de la fig. 4. Le signal de sortie du capteur d'oxygène 2 est ap- pliqué à un circuit de jugement 42 par l'intermédiaire d'un amplificateur 43. Le circuit de jugement 42 examine le signal d'entrée qu'il reçoit par rapport à un niveau de séparation, appliqué par un circuit 44 de réglage de niveau de séparation, pour produire un signal de sortie supérieur ou inférieur au niveau de séparation. De signal de sortie est appliqué à un circuit 45 de détection de va- leur moyenne par l'intermédiaire d'un circuit d'intégra- tion 46. La sortie du circuit 45 est connectée à un circuit de sommation 47. Par ailleurs, la borne de sortie 32 du circuit de commande électrique de la fig. 2 est connectée au circuit de sommation 47. Le signal de sortie du circuit 45 et le signal de sortie du circuit de commande sont donc addition- nés dans le circuit de sommation 47. La tension de sortie du circuit de commande de la fig. 2 est également appliquée à un générateur d'impulsions 48. Ce dernier produit un train d'impulsions dont la fréquence de répétition dépend de la vitesse angulaire du papillon 20 et de la durée de l'accélération. Les signaux de sortie des circuits 47 et 48 sont appliqués à un circuit de sommation 49. Le signal de sortie du circuit 49 est comparé dans un circuit compa- rateur 50 avec des impulsions triangulaires produites par un générateur 51 d'impulsions triangulaires. Le signal de sortie du circuit 50 est appliqué aux soupapes électroma- gnétiques 4 par un circuit d'attaque 52. Le fonctionnement du dispositif sera maintenant décrit en regard des fig. 4 à 7. La fig. 7 montre en A un exemple de variation du rapport aircombustible du mélange fourni à un moteur à combustion interne. La partie qui se trouve au-dessus de la ligne ST de rapport stoéchiométrique repré- sente un mélange riche. Une élévation R du rapport air- combustible apparalt fréquemment à l'accélération du mo- teur en raison de l'enrichissement par le dispositif d'a- limentation du moteur à l'accélération. Le capteur d'oxy- gène 2 délivre une tension de sortie qui varie en fonction du rapport aircombustible représenté en A sur la fig. 7, et comme le montre la fig. 5 en (a). Quand le mélange air-combustible est riche, la tension de sortie est supé- rieure à celle correspondant à la valeur stoéchiométrique tandis que, lorsque le mélange est pauvre, la tension de sortie est inférieure à cette valeur. Le signal de sortie du capteur d'oxygène 2 est appliqué au circuit de juge- ment 42 par l'amplificateur 43. Le circuit de jugement 42 examine le signal d'entrée qu'il regoit de l'amplificateur en le comparant avec le niveau de séparation appliqué par le circuit 44, de manière à produire un signal rectangu- laire de sortie représenté en (b) sur la fig. 5. Le niveau de séparation est réglé à une valeur qui correspond au rapport stoéchiométrique indiqué en (a) sur la fig. 5. Le signal d'impulsion de sortie est intégré dans le circuit d'intégration 46, comme représenté en (c) sur la fig. 5. Le circuit 45 de détection de valeur moyenne détecte une valeur moyenne C0 entre la tension maximale C1 et la ten- sion minimale C2 dans chaque section linéaire du signal triangulaire intégré. La fig. 5 montre en (d) la variation du signal de valeur moyenne. Dans un dispositif courant, le signal de sortie du circuit d'intégration 46 est appliqué directement au com- parateur 50 dans lequel il est comparé avec les impulsions triangulaires provenant du générateur 51, afin de produire des impulsions d'attaque. La fig. 7 montre en B la varia- tion du rapport air-combustible commandé dans le disposi- tif courant, correspondant à la courbe A. Il apparalt sur cette figure que le rapport air-combustible représenté en A sur la fig. 7 est commandé dans une plage proche de la ligne ST de valeur stoéchiométrique, mais avec des va- riations entre des valeurs riches et pauvres qui n'exis- tent pas dans la courbe du rapport air-combustible A. Cela est da au fait que la commande des soupapes électromagné- tiques est assurée par le signal intégré du circuit 46 et que les variations de ce signal intégré provoquent des va- riations du rapport commandé air-combustible. Le dispositif de la fig. 4 résout ce problème en utilisant la valeur moyenne 00 entre les valeurs maximale et minimale du signal intégré comme un signal de référence. Plus particulièrement, selon la fig. 4, le signal de sortie du circuit 45 de sélection de valeur moyenne est appliqué directement au comparateur 50 pour commander les soupapes électromagnétiques 4. Grâce à cette disposition, il est possible que le rapport air-combustible approche la valeur stoéchiométrique. Mais il apparatt également que, étant donné que la valeur moyenne C0 est déterminée quand la tension de sortie du circuit d'intégration 46 atteint une valeur maximale C1, le signal 0C de valeur moyenne est produit après que le signal de sortie du circuit a atteint réellement cette valeur moyenne C0. Cela apparaît nette- ment dans le cas d'accélération. Ce retard est désigné par "Td" sur la fig. 5 en (c). Ce retard introduit un retard de commande. En outre, l'accélération entraîne une forte augmentation 'IR" du rapport aircombustible, provoquant une variation du rapport commandé. Le dispositif de la fig. 4 permet d'éviter le retard de commande et la variation provoquée par l'accélération du moteur. Le potentiomètre 22 de la fig. 2 produit un si- gnal de tension en fonction du fonctionnement du moteur, comme représenté en (c) sur la fig. 5. Le signal d'accé- lération représenté en A sur la fig. 3 est représenté par la tension I de cette même figure. Le signal de sortie I de la fig. 3 produit par le circuit de commande de la fig. 2 est additionné au signal de sortie du circuit 45 dans le circuit de sommation 47. Ainsi, le retard "Td" de la valeur moyenne C détecté est compensé par l'addition du signal de sortie du circuit de commande de la fig. 2. Par ailleurs, le générateur 48 produit un train d'impul- sions dont la fréquence de répétition varie en fonction du signal H de la fig. 3 à la sortie 32 du circuit de la fig.2. La fréquence augmente avec la tension de sortie H de la fig. 3, c'est-àdire avec la vitesse angulaire du papillon 20. La fig. 5 montre en (f) la fréquence de répétition des impulsions du circuit 48, en fonction de l'accélération A de la fig- 3. Le train d'impulsions (f) de la fig. 5 est additionné au signal de sortie de valeur moyenne corrigée du circuit 47 (signal (d) + (H)) par le circuit de somma- tion 49. Ainsi, le signal de sortie de valeur moyenne cor- rigé est converti en un train d'impulsions représenté en (g) sur la fig. 5 et dont la fréquence de répétition pen- dant la période d'accélération (A) de la fig. 3 est aug- mentée. Le signal de sortie pulsé du circuit de sommation 49 est comparé avec les impulsions triangulaires provenant du générateur 51, dans le circuit comparateur 50. Comme le montre la fig. 5 en (h), et la fig. 6, qui est la même que la fig. 5 en (h), le signal de sortie pulsé (g) découpe les impulsions triangulaires (h) en produisant ainsi des impulsions de sortie (i). Les impulsions de sortie sont appliquées aux soupapes électromagnétiques 4 par le circuit d'attaque 52, afin de les actionner. La fig. 6 montre que, si le niveau du signal (g) est élevé, une im- pulsion de plus grand rapport est produite. Ainsi, lors- qu'un faible rapport air-combustible est détecté, la durée d'ouverture des soupapes 4 est augmentée de sorte qu'un mélange plus pauvre est fourni au moteur. Quand le moteur accélère, la fréquence de répétition des impulsions de sor- tie (i) est augmentée. La réponse du circuit de commande peut ainsi être accélérée, de sorte que les variations du rapport air-combustible peuvent être diminuées. Par consé- quent, le retard de commande résultant d'une accélération peut être corrigé. La courbe C de la fig. 7 montre la va- riation du rapport air-combustible avec le dispositif de commande selon l'invention, grâce auquel ce rapport est commandé dans une plage étroite autour du rapport stoe- chiométrique. Il apparaît ainsi que des paramètres de fonctionne- ment du papillon, par exemple sa vitesse angulaire, son accélération angulaire, sa durée d'ouverture ou autre, peu- vent être représentés quantitativement par une tension de manière que le retard de commande et les variations du rapport air-combustible du dispositif de commande puissent être corrigés et que l'effet voulu de contrôle d'émission puisse être obtenu. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de détection du fonctionnement du pa- pillon d'un carburateur de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur (22)desti- né à convertir un paramètre physique concernant le fonc- tionnement du papillon en un signal électrique constituant une tension de sortie du transducteur, un circuit de main- tien.(24, 25) destiné à maintenir constant un accroissement de la tension de sortie dudit transducteur par rapport au temps, et un circuit de sortie (30) destiné à produire continuellement une tension de sortie correspondant audit accroissement, jusqu'à ce que cet accroissement varie jusqu'à devenir nul ou négatif. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de maintien (24, 25) consiste en un circuit d'échantillonnage et maintien comprenant une porte (24b, 25b) et un générateur d'impulsions (34) qui produit un train d'impulsions pour commander ladite porte afin de permettre audit circuit d'échantillonnage et main- tien de conserver la tension de sortie dudit transducteur (22). 3 - Dispositif de détection du fonctionnement du pa- pillon du carburateur d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur (22) des- tiné à convertir un paramètre physique concernant le fonc- tionnement du papillon en une tension, deux circuits d'é- chantillonnage et maintien (24, 25) comprenant chacun une porte (24b, 25b) et un dispositif d'emmagasinage de ten- sion (24a, 25a), un générateur d'impulsions d'échantil- lonnage (34) qui produit deux trains d'impulsions d'é- chantillonnage déphasées de 180 , ledit générateur d'im- pulsions d'échantillonnage étant connecté à ladite porte de chaque circuit d'échantillonnage et maintien de ma- nière à les commander alternativement, le dispositif com- portant également un comparateur (30) à amplificateur o- pérationnel avec une entrée non inverseuse et une entrée inverseuse, des contacts de relais (26, 27, 28, 29) des- tinés à connecter chacun desdits circuits d'échantillonnage et maintien à l'entrée non inverseuse et à l'entrée inver- seuse, en parallèle, et des relais (35, 37) destinés à ac- tionner lesdits contacts de relais en synchronisme avec le fonctionnement de l'un correspondant desdits circuits d'é- chantillonnage, de manière que les signaux de sortie des- dits circuits d'échantillonnage et maintien puissent être appliqués aux deux entrées dudit comparateur à amplifica- teur opérationnel avec une polarité fixe, la tension de sortie dudit comparateur à amplificateur opérationnel re- présentant un accroissement de la tension de sortie dudit transducteur par rapport au temps. 4 - Procédé de détection du fonctionnement du papil- lon du carburateur d'un moteur à combustion interne, ca- ractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à conver- tir (22) un paramètre physique concernant le fonctionne- ment du papillon en un signal électrique constituant une tension de sortie d'un transducteur, à maintenir cons- tant (24, 25) un accroissement de ladite tension de sor- tie par rapport au temps, et à produire continuellement (30) une tension de sortie correspondant audit accrois- sement jusqu'à ce que celui-ci varie pour devenir nul ou négatif.