Brevet FR2477636A1 — publié le 19810911

247763t La présente invention concerne un dispositif destiné à carnian- der le rapport air/carburant pour un système de commande des émissions d'un moteur à combustion interne équipé d'un convertisseur catalyti- que à trois voies. L'invention porte plus particulièrement sur un disiDo- sitif destiné à commander le rapport air/carburant pour le maintenir à une valeur approximativement égale au rapport stoechiométrique air/ carburant, afin de faire fonctionner efficacement le convertisseur catalytique à trois voies. Un tel système est un système de commande à réaction dans lequel il existe un capteur de 0 2 destiné à détecter la teneur en oxygène des gaz d'éhapmetafin de produire un signal électrique constituant une indication du rapport air/carburant -du mélange air/ carburant que four-nit un carburateur. Le système de commande comprend un comparateur destiné à comparer le signal de sortie du capteur d'oxygène avec une valeur prédéterminée, un circuit intégrateur con- necté au comparateur, un circuit d'attaque produisant des impulsions carrées à partir du signal de sortie du circuit intégrateur, et une valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, destinée à corriger le rapport air/carburant du mélange. Le système de commande détermine si le signal de réaction provenant du capteur de 0 2 est supérieur ou inférieur à une valeur de référence prédéterminée correspondant au rapport stoechiométrique air/ carburant, afin de produire un signal d'erreur destiné, à actionner la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, pour commander ainsi le rapport air/carburant du mélange. Dans le système classique, représenté sur les figures la et lb, le signal de sortie P 1 du capteur de 02 va.rie de sa tension maximale à sa tension minimale, du fait que la concentration de 2 dans les gaz d' échappement va au-delà des valeurs correspondant aux signaux de sortie maximal et minimal, à cause du retard de conmmade du système de commnande. Comme le montre la figure la, la tension de sortie du capteur de 0 2varie de façon abrupte pour une tension de référence VR qui correspond à la tension de sortie produite par les gaz d'échappement lorsqu'un mélange correspondant au rapport stoechio- métrique air/carburant (St) est fourni au moteur et br lé. On peut donc considérer qu'une valeur médiane M entre les valeurs maximale et minimale de chaque cycle du signal de sortie du capteur de 0 2 est constante et pratiquement égale à la tension VR qui correspond au rapport stoechiométrique air/carburant. Ainsi, dans le système clas- sique, la valeur médiane M est prise comme tension de référence du comparateur pour évaluer le rapport air/carburant du mélange qui est fourni au moteur. D'autre part, la demande de brevet FR 80-17 161 décrit un système qui est destiné à l'amélioration du retard de commande dans un tel système classique, dans lequel la valve électro- magnétique fonctionnant par tout ou rien est actionnée par un signal d'oscillation ayant une fréquence élevée et une faible amplitude. Il n'est cependant pas correct d'utiliser comme valeur de référence la valeur médiane de chaque cycle du signal de sortie P2 du capteur de 02 lorsqu'on emploie le signal d'oscillation D, du fait que la valeur médiane du signal de sortie du capteur de 02 ne coincide pas toujours avec la tension de référence VR qui correspond à la valeur stoechio- métrique comme le montre la figure lb. De ce fait, on ne peut pas utiliser la valeur médiane comme valeur de référence. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de comnande du rapport air/carburant qui commande le rapport air/carburant de façon qu'il coïncide avec le rapport stoechiométrique air/carburant, sans utiliser aucune valeur de référence, grâce à quoi le rapport air/carburant peut être commandé de façon à coïncider exactement avec le rapport stoechiométrique air/carburant. L'invention consiste en un dispositif de ccmmande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un con- duit d'admission, un conduit d'échappement, des moyens d'alimentation en mélange air/carburant, une valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien destinée à corriger le rapport air/carburant du mélange air/carburant fourni par les moyens d'alimentation en mélange air/carburant, un circuit générateur de signal d'oscillation destiné à produire un signal d'oscillation périodique, un circuit de commande de décalage destiné à décaler le niveau central du signal d'oscilla- tion, un circuit d'attaque destiné à produire un signal de sortie d'attaque pour la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, et un capteur de 02 qui est destiné à détecter la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement passant par le conduit d'échap- pement. L'invention est caractérisée par l'existence d'un premier circuit destiné à détecter une valeur médiane entre la valeur maximale et la valeur minimale de la tension de sortie du capteur de 02 au cours de chaque cycle, d'un second circuit destiné à détecter une valeur médiane entre l'aire d'une partie supérieure définie par le signal situé audessus d'une valeur de référence prédéterminée et l'aire d'une partie inférieure définie par le signal situé au-dessous de la valeur de référence prédéterminée, et d'un circuit générateur de signal de décalage, destiné à comparer les signaux de sortie des premier et second circuits afin de produire une différence sous la forme d'un signal de décalage, le circuit de commande de déca- lage étant conçu de façon à commander le rapport air/carburant du mélange dans un sens réduisant ladite différence. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: les figures la et lb sont des graphiques montrant le signal de sortie du capteur de 02; la figure 2 est une représentation schématique d'un sys- tème correspondant à l'invention; la figure 3 est un schéma synoptique d'un circuit électro- nique de commande du système; la figure 4 est un graphique montrant le signal de sortie du capteur de 02; la figure 5 montre un exemple de relation entre le signal de sortie d'un comparateur et le décalage du signal d'oscillation; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre le signal d'oscillation et le fonctionnement d'une valve; la figure 7 est un graphique montrant le fonctionnement du dispositif de l'invention; et la figure 8 représente un exemple du circuit électronique de commande. On va maintenant décrire le principe de l'invention en se référant à la figure 4 qui représente le signal de sortie du capteur de 02 lorsque le niveau de la tension de sortie est inférieur à la tension de référence VR, ce qui signifie que le moteur est alimenté avec un mélange air/carburant trop pauvre. Du fait de la valeur basse de la tension de sortie, la partie inférieure du signal est limitée à une tension basse, à cause des caractéristiques du capteur de 2 De ce fait, une moitié supérieur et une moitié inférieure du signal de chaque cycle ont des formes différentes. La référence M1 désigne une valeur médiane de la hauteur du signal et la référence M2 désigne une valeur médiane correspondant au niveau qui divise le signal en deux par- ties A et B d'aire égale.Si la valeur mé'diane entre la tension maximale et la tension minimale de chaque cycle du signal de sortie coïncidait avec la tension de référence VR, l'aire de la partie située au-dessus de la ligne de valeur médiane de la hauteur, pour chaque cycle,serait égale à l'aire de la partie située au-dessous de cette ligne. Ainsi, conformément à l'invention,on commande le rapport air/carburant du mélange de façon que la valeur médiane de hauteur du signal, M1, puisse être égale à la valeur médiane des aires du signal, On va maintenant considérer la figure 2 sur laquelle on voit un carburateur 1 communiquant avec un moteur à combustion interne 2. Le carburateur 1 comprend une cuve à flotteur 3, un venturi 4 formant un conduit d'admission, un ajutage 5 communiquant avec la cuve à flot- teur 3 par un conduit principal de carburant 6, et un orifice de ralenti 10, formé près d'un papillon 9 dans le conduit d'admission et :0 communiquant avec la cuve à flotteur 3 par un conduit de carburant de ralenti 11. Des conduits de correction d'air 8 et 13 sont respective- ment formés en parallèle par rapport à un ajutage d'air principal 7 et à un ajutage d'air de ralenti 12. Des valves électromagnétiques 14 et 15, fonctionnant par tout ou rien, équipent respectivement les conduits de correction d'air 8 et 13. Des orifices d'entrée de chacune des valves électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien, 14,15, communiquent respectivement avec l'atmosphère à travers un filtre à air 16. Un capteur de 02> 19, est placé dans un tuyau d'échappement 17 qui communique avec le moteur à combustion interne. Le capteur 19 détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Un convertisseur catalytique à trois voies 18 est monté dans le tuyau d'échappement 17 en aval du capteur de 02' 19. Le signal de sortie du capteur de 02' 19, est appliqué à un circuit électronique de commande 20 d'un sys- tème de commande électronique. Le circuit électronique de commande 20 corrige le rapport air/carburant du mélange air-carburant que four- nit le carburateur 1. La figure 3 représente le schéma synoptique du circuit électronique de commande 20. La sortie du capteur02 19, est connectée à un circuit de détection de valeur médiane de hauteur du signal, 22, et à un circuit de détection de valeur médiane d'aire du signal, 23. Le circuit de détection de valeur médiane de hauteur 22 est conçu de façon à déter- miner une valeur médiane entre la tension de sortie maximale et la tension de sortie minimale du capteur de 0 2,19. Le circuit de détection de valeur médiane d'aire, 23, est conçu de façon à déterminer une valeur médiane entre l'aire de la partie supérieure définie par le signal situé au-dessus d'un niveau de référence prédéterminé, par exemple la valeur médiane de hauteur MV, et l'aire de la partie infé- rieure qui est définie par le signal situé au-dessous du niveau de référence. Les sorties des deux circuits 22 et 23 sont connectées à un circuit générateur de signal de décalage (comparateur) 25 qui est con- çu de façon à produire un signal de décalage dépendant de la diffé- rence entre les signaux des sorties 22,23, pour décaler le centre du signal d'oscillation. La sortie du circuit générateur de signal de décalage 25 est connectée au circuit de commande de décalage 26 qui a pour action de décaler le centre du signal d'oscillation qui est :0 ffourni par un circuit générateur de signal d'oscillation, 27, en fonction du signal de sortie du circuit générateur de signal de déca- lage 25. Le signal de sortie du circuit de commande de décalage 26 est appliqué aux valves électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien, 14 et 15, par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque 28 destiné à actionner les valves 14 et 15 afin de commander le rapport air/ carburant du mélange. Conformément à l'invention, le circuit de commande de décalage 26, décale le centre du signal d'oscillation dans une direc- tion telle que la différence CD) entre les signaux de sortie des cir- cuits 22 et 23 soit réduite. Ainsi, le rapport air/carburant du mélange peut être commandé de façon à être égal au rapport stoechio- métrique. Dans un cas dans lequel il existe une différence entre le rapport air/carburant commandé et le rapport stoechiométrique air/ carburant,sous l'effet d'une erreur dans les caractéristiques du cap- teur de 0 2' le signal de décalage est modulé conformément à une fonction appropriée. La figure 5 montre un exemple de la modulation du signal de décalage.. La figure 6 montre la relation entre le décalage du signal d'oscillation et le rapport cyclique de la valve électromagnétique. Lorsque le niveau du signal d'oscillation est faible, le rapport cyclique a une valeur faible, comme 20 %. La moitié gauche de la figure 6 montre la condition dans laquelle le signal d'oscillation s'écarte vers le côté inférieur et la moitié droite montre la situa- tion dans laquelle le signal d'oscillation est à un niveau plus élevé. L'examen de la figure montre que la commande du rapport air/ carburant du mélange s'effectue en décalant le signal d'oscillation. Dans le cas d'un moteur ayant des caractéristiques telles que les gaz d'échappement contiennent une grande quantité de CO et une petite quantité de NO et HC, le système doit fonctionner de façon à réduire suffisamment la quantité de CO. On sait que pour réduire la quantité de CO plutôt que celle de NOx et HC, on peut commander le rapport air/carburant de façon qu'il soit légèrement plus pauvre que le rapport stoechiométrique air/carburant. Au con- traire, dans certains cas, il est préférable de commander le rapport air/carburant de façon qu'il soit plus riche. Dans le système de l'invention, on peut facilement décaler le rapport air/carburant du élange dans un sens ou dans l'autre. La figure 7 montre un exemple de commande donnant un mélange plus pauvre. La variation du signal d'oscillation X correspondant aux gaz d'échappement oscille en étant centrée sur une valeur correspondant à la valeur stoechiométrique et le signal de sortie du capteur de O2 est désgéprX.Lrf- rence Y désigne une variation du signal d'oscillation correspondant à la commande d'un mélange plus pauvre et la référence Y' désigne le signal'de sortie du détecteur de 02. La figure 8 représente un exemple d'un circuit électronique de commande correspondant à l'invention. Les éléments identiques à ceux de la figure 3 sont désignés par les mêmes numéros de référence. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne (2) comportant un conduit d'admission, un conduit d'échappement (17), des moyens d'alimentation en mélange air/carburant (1) , une valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien (14,15) destinée à corriger le rapport air/carburant du mélange air-carburant que fournissent les moyens d'alimentation en mélange air-carburant, un circuit générateur de signal d'oscillation (27) destiné à produire un signal d'oscillation périodique, un circuit de commande de décalage (26) destiné à décaler le niveau central du signal d'oscillation, un- circuit d'attaque (28) destiné à produire un signal de sortie pour la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, et un capteur de (19) destiné à détecter la concentration d'oxygène dans les gaz 2 t qui traversent le conduit d'échappement, caractérisé en ce qu'il com- prend un premier circuit (22) destiné à détecter une valeur médiane entre la valeur maximale et la valeur minimale de la tension de sortie du capteur de 02 dans chaque cycle; un second circuit (23) destiné à détecter une valeur médiane entre l'aire d'une partie supé- rieure définie par le signal situé au-dessus d'une valeur de référence prédéterminée et l'aire d'une partie inférieure définie par le signal situé au-dessous de la valeur de référence prédéterminée; et un cir- cuit générateur de signal de décalage (25) destiné à comparer les signaux de sortie des premier et second circuits pour produire une différence en tant que signal de décalage, le circuit de commande de décalage étant conçu de façon à commander le rapport air/carburant du mélange dans un sens diminuant la différence. 2. Dispositif de commande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de référence prédéterminée est une valeur moyenne détectée par le premier circuit.