Brevet FR2477639A1 — publié le 19810911

- La présente invention concerne un dispositif destiné à comman- der le rapport air/carburant pour un système de commande des émissions d'un moteur à combustion interne équipé d'un convertisseur catalytique à trois voies. L'invention porte plus particulièrement sur un système 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 02 destiné à détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement afin de produire un signal électrique constituant une indication du rapport air/carburant du mélange air/ carburant que fournit 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 connecté au coriparateur, 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. O Le système de commande détermine si le signal de réaction provenant du capteur de 02 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 P1 du capteur 02 varie de sa tension maximale à sa tension minimale, du fait que la concentration de 02 dans les gaz d'échappement va au-delà des valeurs correspondant aux signaux de sortie maximal et minimal, à cause du retard de commande du système de commande. Comme le montre la figure la, la tension de sortie du capteur de O varie 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 stoechiométrique air/carburant (St) est fourni au moteur et brûlé. 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 est constante et pratiquement égale à la tension VR qui correspond au rapport stoechiométrique air/carburant. Ainsi, dans le système classique, 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'améliora- tion du retard de commande dans un tel système classique, dans lequel la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien est actionnée par un signal d'oscillation ayant une fréquence élevée et une faible amnlitude. 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 2 lorsqu'on emploie le signal d'oscillation D, du fait que la valeur médiane du signal de sortie du capteur de 02 ne coïncide pas toujours avec la tension de référence VR qui correspond à la valeur stoechiométrique,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 commande du rapport air/carburant qui commande le rapport air/carburant de façon qu'il soit égal au rapport stoechiométrique air/carburant, sans utili- ser une valeur de référence en tant que rapport stoechiométrique air/ carburant, grâce à quoi le rapport air/carburant peut être commandé de façon à coïncider précisément avec le rapport stoechiométrique air/ carburant. L'invention consiste en un dispositif de commande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne comprenant un conduit 23 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 aircarburant que fournissent les moyens d'alimentation en mélange aircarburant, 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'oscillation,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 destiné à détecter la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement passant par le conduit d'échappement., L'invention est caractérisée par l'existence d'un premier circuit destiné à produire une valeur de référence, d'un circuit de mesure de temps destiné à détecter la durée pendant laquelle le signal de sortie du capteur de 02 -477639 est supérieur à la valeur de référence et la durée pendant laquelle le signal de sortie du capteur de 02 est inférieur à la valeur de référence, pour produire un signal de sortie qui est fonction de la différence entre les durées, et un circuit générateur de signal de décalage destiné à produire un signal de décalage en fonction du signal de sortie du circuit de mesure de temps, le circuit de commande de décalage étant conçu de façon à commander le rapport air/carburant du relange dans un sens réduisant la différence. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux des- sins annexés sur lesquels - les figures la et lb sont des graphiques montrant le signal de sortie du capteur de 2' la figure 2 est une représentation schématique d'un système correspondant à l'invention; la figure 3 est un schéma synoptique d'un circuit éléctroni- que de commande du système; la figure 4 est un graphique montrant le signal de sortie du- capteur de 29 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 de la valve; la figure 7 est un graphique montrant le fonctionnement du dispositif de l'invention; - la figure 8 représente un exemple du circuit électronique de commande; la figure 9 représente un schéma synoptique d'un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 10 est un graphique montrant le signal de sortie du capteur de O2 dans le dispositif de la figure 9. On va maintenant décrire le principe de l'invention en se référant à la figure 4 qui montre le signal de sortie du capteur de 2 lorsque le niveau de la tension de sortie est inférieur à la tension de référence VR, ce qui signifie que le mélange air7carburant qui alimente le moteur est trop pauvre. Du fait de la valeur basse de la tension de sortie, la partie inférieure du signal est limitée-à une tension basse -4 à cause des caractéristiques du capteur de 02 De ce fait, une moitié supérieure 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. Sous l'effet d'une telle déformation du signal, chaque durée T 1 à T5 au cours de laquelle la tension de sortie du cap- teur de 2 est supérieure à la valeur médiane M1 est plus courte que chaque durée T6 à T9 au cours de laquelle la tension de sortie est inférieure à la valeur médiane M1. Si la valeur médiane Mi entre la tension maximale et la tension minimale de chaque cycle du signal de sortie colncide avec la tension de référence, VR, les durées des par- ties supérieure et inférieure de chaque cycle sont égales. Ainsi, conformément à l'invention, on commande le rapport air/carburant du mélange de façon que les durées des parties du signal supérieures et inférieures à la valeur moyenne M puissent être égales. 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 flotteur 3 par un conduit principal de carburant 6, et un orifice de ralenti 10, :f _ormé près d'un papillon 9 dans le conduit d'admission et 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 respectivement 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, fonction- nant par tout ou rien, équipent respectivement les conduits de correc- tion d'air 8 et 13. Des orifices d'entrée de chacune des valves électro- magnétiques fonctionnant par tout ou rien, 14, 15, communiquent respecti- vement 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 023 19, est appliqué à uh circuit électro- nique de commande 20 d'un système de commande électronique. Le circuit électronique de commande 20 corrige le rapport air/carburant du mélange air-carburant que fournit le carburateur 1. La figure 3 représente le schéma synoptique du circuit électro- nique de commande 20. La sortie du capteur 02' 19, est connectée à un circuit de détection de signal de sortie 21. L'une des sorties du circuit 21 est connectée à un circuit de mesure de temps 23 par l'intermédiaire d'un circuit de détection de valeur médiane de hauteur de signal, 22, et l'autre est directement connectée au circuit de mesure de temps 23. La sortie du circuit de mesure de temps 23 est connectée à un circuit de détection de durée du niveau haut, 24, et à un circuit de détection de curée du niveau bas, 25. Les sorties des deux circuits 24 et 25 sont connectées à un comparateur 26 destiné à comparer les deux signaux de sortie. La sortie du comparateur 26 est connectée à un circuit généra- teur de signal de décalage 27 qui est conçu de façon à produire un signal de décalage en fonction du signal de sortie du comparateur. La sortie du circuit générateur de signal de décalage 27 est connectée à- 3n circuit de commande de décalage 28 qui a pour action de décaler le centre du signal d'oscillation que fournit un circuit générateur de signal d'oscillation 29, sous la dépendance du signal de sortie du circuit générateur de signal de décalage 27. Le signal de sortie du circuit de commande de décalage 28 est appliqué aux valves électroma- gpétiques fonctionnant par tout ou rien, 14 et 15, par l'intermédiaire :3 d'un circuit d'attaque 30, pour 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 23 décale le centre du signal d'oscillation dans un sens réduisant la différence entre les signaux de sortie des circuits 24 et 25. Le rapport air/carburant du mélange peut ainsi être commandé de façon à coïncider avec le rapport stoechiométrique air/carburant. 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 02j 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 cycli- que a une valeur faible. 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 situation 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. S 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 NOx 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 contraire, 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 facile- ient décaler le rapport air/carburant du mélange 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 correspon- dant à la valeur stoechiométrique et le signal de sortie du capteur de D_ est désigné par X'. La référence Y désigne une variation du signal ^0 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. Dans ce circuit, les fonctions du circuit de détection 21, du circuit de mesure de temps 23 et des-circuits de détection de durée au niveau haut et au niveau bas, 24 et 25, sont accomplies par d'autres circuits 22 et 26. La figure 9 représente un autre mode de réalisation de l'inven- tion.Dans ce disrositifun circuit de niveau de référence 31 est oen- necté au circuit de mesure de temps 23 et un circuit de compensation 32 est connecté au circuit de niveau de référence 31 afin de régler le niveau de référence en fonction de la température de l'eau de refroi- dissement du moteur ou de l'angle d'ouverture du papillon ou d'un para- mètre analogue. Le niveau de référence est appliqué au circuit de mesure de temps 23 de façon que le signal de sortie du capteur de 02,19, soit comparé avec le niveau de référence. Le circuit de détection de durée du niveau haut 24 et le circuit de détection de durée du niveau bas, 25, détectent le signal de sortie du circuit de mesure de temps 23. Le reste du fonctionnement est identique à celui du mode de réalisation précédent. La figure 10 représente le signal du capteur de 02. Le niveau de référence est désigné par S. Bien entendus le système de l'invention peut également être réalisé à l'aide de circuits numériques. -8 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne (2) comportant un conduit d'admission, un con- duit 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 aircarburant que fournissent les moyens d'alimentation en mélange airzarburarnt, un circuit de génération de signal d'oscillation (29) destiné à produire un signal d'oscillation périodique, un circuit de commande de décalage (28) destiné à décaler le niveau central du signal d'oscillation, un circuit d'attaque (30) destiné à produire un signal de sortie d'attaque pour La valve électromagnétique fonction- nant par tout ou rien, et un capteur de 02 (19) destiné à détecter la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement qui passent dans le conduit d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit (22) destiné à produire une valeur de référence; un circuit de mesure de temps (23, 24,25) destiné à détecter la durée pendant laquelle le signal de sortie du capteur de 2 est supérieur à la valeur de référence et la durée pendant laquelle le signal de sortie du capteur de 02 est inférieur à la valeur de référence, afin de produire un signal de sortie dépendant de la différence entre ces durées; et un circuit générateur de signal de décalage (27) destiné à produire un signal de décalage sous la dépendance du signal de sortie du circuit de mesure de temps, le circuit de commande de décalage étant conçu de façon à commander le rapport air/carburant du mélange dans un sens réduisant ladite 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 est une valeur médiane entre la valeur maximale et la valeur minimale de la tension de sortie du capteur de 02.