Brevet FR2477638A1 — publié le 19810911

24f7638 La présente invention concerne un dispositif destiné à commander 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 dis- Positif destiné à commander le rapport air/carburant pour lui donner 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 d'oxygène destiné à détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement pour produire un signal électrique cons- ituant une indication du rapport air/carburant du mélange air-carbu- rant que fournit un carburateur. Le système de commande comprend un comparateur destiné à comparer le signal de sortie du capteur d'oxy- _ gène avec une valeur prédéterminée, un circuit proportionnel et inté- grateur connecté au comparateur, un circuit d'attaque destiné à pro- duire des impulsions carrées à partir du signal de sortie du circuit proportionnel et intégrateur, et une valve électromagnétique fonction- r.ant par tout ou rien destinée à corriger le rapport air/carburant du :J --élange. Le système de commande détermine si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène 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 action- ner la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, pour commander ainsi le rapport air/carburant du mélange. Un tel système de commande a de façon inhérente une réponse lente, du fait du retard qui se manifeste par rapport à l'instant de détection par le capteur d'oxygène. Plus précisément, le mélange cor- rigé par la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien est admis dans le cylindre du moteur en traversant le conduit d'admission et il est brûlé dans le moteur, après quoi il est évacué vers le conduit d'échappement. De ce fait, au moment o le capteur d'oxygène détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement correspondant au mélange corrigé, l'action correctrice effectuée au moyen de la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien a dépassé le point désiré. De ce fait, un mélange riche ou pauvre résultant du dépasse- ment est admis dans le moteur et le capteur d'oxygène détecte l'écart. Une action correctrice dans le sens opposé est donc déclenchée.Après une telle oscillation de l'opération de commande, la variation du rapport air/carburant du mélange converge vers le rapport stoechiamétri- que.La correction delécart du rapport air/carburant vis-à-vis du rap- port stoechiométrique est donc effectuée avec un certain retard. Si on diminue la constante (gain) du circuit proportionnel et intégrateur, on peut réduire le dépassement en régime établi du fonctionnement du moteur. Cependant, la commande effectuée n'est pas suffisante dans un régime transitoire comme en accélération ou en décélération. Les figures 3A à 3C représentent les signaux de sortie du circuit proportionnel et intégrateur, chacun de ces signaux étant décalé de "S" en régime transitoire, et les figures 4A à 4C représen- tent les signaux de sortie du capteur d'oxygène correspondant aux fig aures 3A à 3C. La figure 3A montre le signal du système de commande classique et la figure 3B montre le signal d'un système dans lequel la constante du circuit proportionnel et intégrateur est réduite. Le temps de réponse TB de la figure 3B est plus long que le temps de réponse TA de la figure 3A. Dans le système de la figure 3C, seule la constante du circuit intégrateur est augmentée. Le temps de réponse TC 3J est plus faible que le temps de réponse TA. Si on réduit la constante du circuit, le temps de réponse augmente comme le montre la figure 3B. La commande est donc retardée. Si au contraire, on augmente la constante du circuit, on peut réduire le temps de réponse, comme le montre la figure 3C. Cependant, l'opéra- tion de commande est sujette à dépassement. D'autre part, la demande de brevet FR 80-17161 décrit un système destiné à améliorer un tel retard de commande du système classique, dans lequel le centre de l'oscillation d'un signal d'oscil- lation détecté par le capteur d'oxygène est décalé conformément à l'écart du signal de sortie du capteur d'oxygène, pour corriger le rapport air/carburant. Cependant, lorsque le moteur accélère ou décé- lère rapidement, l'opération de correction est retardée, même dans un tel système. Un but de l'invention est de réaliser un dispositif de camnande qui utilise le signal d'oscillation dans le régime établi du fonction- nement du moteur et qui utilise la commande par le signal de sortie proportionnel et intégré, avec un circuit à constante élevée, - dans le régime transitoire de fonctionnement du moteur.. L'invention consiste en un dispositif de carmande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne comportant 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 que fournissent les moyens d'alimentation en mélange air- carburant, un circuit générateur de signal d'oscillation destiné à prodcire un signal d'oscillation périodique ayant une certaine configu- ration, un circuit de commande de décalage destiné à décaler le niveau central du signal d'oscillation, un circuit d'attaque destiné à pro- duire un signal de sortie d'attaque pour la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien, et un capteur de 2 destiné à détecter -a concentration d'oxygène dans les gaz qui traversent le conduit d'échap- 13 perent. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il coeprend des moyens destinés à détecter le régime transitoire du fonctionnement du moteur au moyen de la forme du signal d'oscillation détecté par le capteur de 2Y un circuit de commande comprenant un circuit intégra- teur connecté au capteur de 02 et un circuit générateur de signaux ZC carrés destiné à produire des impulsions carrées conformément au signal de sortie intégré du circuit intégrateur, afin d'attaquer la valve électromagnétique, et des moyens de commutation destinés à fermer le circuit allant du capteur de 2 au circuit d'attaque en passant par le circuit de commande, et à interrompre le circuit allant du capteur de 02 au circuit d'attaque, en passant par le circuit de commande de décalage, sous l'action du signal de sortie des moyens de détection du régime transitoire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation- et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique du système cor- respondant à l'invention; la figure 2 est un schéma synoptique d'un circuit électronique de commande du système; les figures 3A à 3D représentent les signaux de sortie d'un circuit proportionnel et intégrateur dans le circuit électronique de commande; les figures 4A à 4D représentent les signaux de sortie détectés par le capteur de 0; et la figure 5 représente un exemple du circuit électronique de commande. On va maintenant considérer la figure 1 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 formé dans un conduit d'admission, un ajutage 5 communiquant avec la cuve à flotteur 3 par un conduit de carburant principal 6, et un orifice de ralenti 10 formé IO 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 disposés en parallèle par rapport à un ajutage d'air principal 7 et à un ajutage d'air de ralenti 12. Tes passages de correction d'air 8 et 13 sont respectivement équipés de valves électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien 14 et 15. Les ori- fices d'entrée de chacune des valves électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien, 14 et 15, communiquent respectivement avec l'atmosphère à travers un filtre à air 16. Un capteur de 02, 19, est monté dans un tuyau d'échappement 17 qui communique avec le moteur à combustion interne. Le :Z zazteur 19 détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Un conver- tisseur catalytique à trois voies 18 est monté dans le tuyau d'échappement au 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 système de com- mande électronique. Le circuit électronique de commande 20 corrige le rapport air/carburant du mélange air/carburant que fournit le carburateur 1. La figure 2 représente le schéma synoptique du circuit élec- tronique de commande 20. La sortie du capteur d'oxygène 19 est connectée à un circuit de détection des conditions de fonctionnement, 21, et à un circuit de com- mutation 22. Le circuit de commande 24 comprend un circuit proportionnel et intégrateur ayant une constante de circuit élevée et un circuit généra- teur d'impulsions carrées qui est connecté au circuit proportionnel et intégrateur. Le circuit de commande 24 est conçu de façon que la largeur d'impulsion des impulsions carrées produites change en fonction du signal de sortie du circuit proportionnel et intégrateur. La sortie d'un circuit générateur de signal d'oscillation 25 est connectée à un circuit de com- mande de décalage 23. Le circuit 25 est destiné à produire un train d'impulsions constituant un signal d'oscillation ayant une configura- tion constante. Les sorties du circuit de commande 24 et du circuit de commande de décalage 23 sont connectées aux valves électromagnéti- ques 14 et 15 par un circuit d'attaque 26. Le rapport cyclique des impulsions d'attaque provenant du circuit d'attaque 26 varie en fonc- tion du niveau du signal de sortie du circuit de commande 24 ou du niveau du signal d'oscillation qui provient du circuit 25, afin de cor- riger le rapport air/carburant du mélange à fournir au moteur, pour l'amener à la valeur stoechiométrique. En considérant la figure 4D, on voit que le signal de sortie au capteur de 02 oscille périodiquement, en régime établi du fonction- nenrent du moteur, lorsque les valves électromagnétiques 14 et 15 sont actionnées par le signal d'oscillation. Cependant, en régime transi- 13 taire, le signal de sortie n'oscille pasycomme il est représenté. Le c:rcuit de détection 21 détecte le signal de sortie du capteur de 02, 19, au moment du régime transitoire, pendant lequel ce signal présente une grande largeur comme le montre la figure 4D. Ceci permet de distin- guer le régime transitoire du régime établi. On peut par exemple ef- W Rectrer la détection en détectant la largeur du signal de sortie. Le signal de sortie du circuit de détection 21 commande le circuit de com- mutation 22 de façon à changer la connexion entre le capteur de 02,19, et les circuits 24 et 23. En régime établi, le circuit de commutation 22 connecte le'capteur de 02, 19, au circuit de commande de décalage 23, et en régime transitoire le circuit de commutation 22 connecte le capteur19 au circuit de commande 24. En régime établi, le signal de sortie du capteur de 02 est appliqué au circuit de commande de décalage 23. Lorsque la concentra- tion d'oxygène dans les gaz d'échappement s'écarte d'une valeur pré- déterminée correspondant au rapport stoechiométrique air/carburant, le signal de sortie du capteur de 2 est déformé. La figure 4D repré- sente le signal de sortie dans lequel la partie déformée située à l'extrémité gauche indique que la valeur détectée par le capteur de 2 s'écarte du côté d'un rapport pauvre. Le circuit de commande de déca- lage 23 détecte une telle déformation du signal de sortie afin de détecter l'écart-et il décale le signal d'oscillation provenant du circuit 25 en fonction de l'écart du signal détecté. Le signal d'oscil- lation décalé est appliqué aux valves électromagnétiques 14 et 15 par le circuit d'attaque 26, de façon que le rapport air/carburant du mélange puisse être commandé de façon à coïncider avec le rapport stoechiométrique air/carburant. Lorsque le circuit de détection 21 détecte le régime transi- toire, le signal de sortie du capteur de 02,19, est appliqué au cir- cuit de commande 24 par l'intermédiaire du circuit de commutation 22. le cir uit de commande 24 ayant une constante élevée produit un signal de commande intégré dépendant du signal de sortie du capteur de 02,de façon à pouvoir corriger rapidement un écart important du signal de sortie dans le régime transitoire. Le signal de commande intégré est représenté sur la figure 3D par le signal présent pendant la durée TD. Le signal de commande intégré est transformé en impulsions carrées qui sont appliquées aux valves 14 et 15 par l'intermédiaire du circuit d'attaque 26. L'écart du rapport air/carburant par rapport stoechiomé- trique air/carburant peut ainsi être corrigé plus rapidement qu'avec les signaux de commande représentés sur-les figures 3A,3B et 3C. Les figures 3A à 3D et les figures 4A à 4D représentent la commande amenant au rapport stoechiométrique air/carburant à partir d'un rapport air/carburant pauvre, mais la commande à partir d'un rapport riche peut être effectuée de façon similaire. La figure 5 représente un exemple du circuit électronique de commande dans lequel les éléments identiques à ceux de la figure 2 sont désignés par les mCêmes numéros de référence. Le circuit de com- 2' mutation 22 est situé entre les circuits 23 et 24 et le circuit d'at- taque 26, contrairement au circuit- de la figure 2. La description qui précède permet de voir que l'invention offre un disnositif de c[mmande qui commande le rapport air/carburant au moyen du signal d'oscillation en régime établi, et au moyen du signal de commande intégré en régime transitoire, ce qui permet de faire coïncider rapidement le rapport air/carburant avec le rapport stoe- chiométrique air/carburant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande du rapport air/carburant pour un moteur à combustion interne (2)caractérisé en ce qu'un conduit d'admission,un conduit d'échappement(17),des moyens d' alimentation en mélange air-carbu- rant(l), une valve électrcmagnétique 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 (25) destiné à produire Àn signal d'oscillation périodique ayant une certaine configuration, t0 un circuit de commande de décalage (23) destiné à. décaler le niveau central du signal d'oscillation sous la dépendance de la concentration d'oxygène détectée par un capteur de 02, un circuit d'attaque (26) destiné à produire un signal de sortie d'attaque pour la valve électromagnétique fonctionnant par tout ou rien et un capteur de 02(19> destiné à détecter la concentration d'oxygène dans les gaz d'échappe- ment traversant le conduit d'échappement, caractérisé en ce qu'il com- prend des moyens (21) destinés à détecter un régime transitoire du fonctionnement du moteur en se basant sur la forme du signal d'oscilla- tion détecté par le capteur de 02, un circuit de commande (24) compre- nant un circuit intégrateur connecté sélectivement au capteur de 02 et un circuit générateur de signal carré destiné à produire des impul- sions carrées en fonction du signal de sortie intégré du circuit inté- grateur, afin d'attaquer la valve électromagnétique, et des moyens de commutation (22) destinés à fermer un circuit allant du capteur de 02 au circuit d'attaque en passant par le circuit de commande et à inter- rompre un circuit allant du capteur de 02 au circuit d'attaque en pas- sant par le circuit de commande de décalage, sous 1 'action d'un signal de sortie indiquant un régime transitoire, fourni par les moyens de détection de régime transitoire. 2. Dispositif de commande du rapport air/carburant selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande a une cons- tante élevée.