Brevet FR2485096A1 — publié le 19811224

2485U96 La présente invention concerne un dispositif de commande du rapport aircombustible pour un système de contrôle d'émission d'un moteur à combustion interne com- prenant un convertisseur catalytique à triple effet, et plus particulièrement, un dispositif de commande de rap- port air-combustible pour l'amener à une valeur voisine du rapport stoechiométrique afin de permettre un bon fonc- tionnement du catalyseur à triple effet. Un dispositif de ce genre est un dispositif de commande en boucle fermée, dans lequel un capteur d'oxy- gène détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement et délivre un signal électrique indiquant le rapport air- combustible du mélange fourni par le carburateur. Le dis- positif de commande comporte un comparateur qui juge le signal de sortie du capteur d'oxygène, un circuit d'inté- gration avec un circuit de proportionnalité connectés au comparateur, un circuit d'attaque qui délivre des impul- sions rectangulaires à partir du signal de sortie du cir- cuit d'intégration et une soupape électromagnétique fonc- tionnantentout ou rien pour corriger le rapport air-com- bustible du mélange. Le dispositif détermine si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est supérieur ou inférieur à une valeur de référence prédéterminée corres- pondant au rapport stoechiométrique, et délivre un signal d'erreur pour commander la soupape électromagnétique afin de commander le rapport air-combustible du mélange. Dans un moteur à combustion interne, le rapport air-combustible du mélange fourni varie nécessairement en raison du retard d'alimentation en air et en combustible. Pour décrire en détail la variation du rapport air-couLbus- tible, la figure 5 (a) montre le degré d'ouverture du pa- pillon du carburateur du moteur. Si le papillon est fermé rapidement comme le montre la figure, la quantité d'air ad- mis augmente avec l'augmentation de l'ouverture comme re- présenté en (b). Mais la quantité d'air varie avec des re- tards Z1 et Z2. En outre, la quantité de combustible admis dans les cylindres du moteur augmente avec l'augmentation du volume d'air, comme représenté en (c) avec un retard Z3 dû au retard du fonctionnement du carburateur et d'aut- res raisons, par exemple l'adhérence du combustible sur la paroi du passage d'admission du moteur. Etant donné ce retard de fourniture de combustible, le mélange air-com- bustible est dilué. La figure 5 montre en (d) un rapport air-combustible pauvre L qui entraîne un rapport riche R. La figure 6 montre des variations de variables du moteur, produites par le dispositif en boucle fermée décrit ci-dessus, qui commande le rapport air-combustible. Bien que les variations d'ouverture du papillon (en (e) de la figure 6) et le volume d'air (f) soient les mêmes que sur la figure 5, le volume de combustible (c) et le is rapport air-combustible (h) sont commandés de la manière représentée en (g). Cependant, un écart considérable du rapport air-combustible comprenant des parties pauvres et riches L' et R' est produit par un dépassement de la com- mande en boucle fermée du mélange pauvre. Cet écart du rapport air-combustible se produit également pendant un ralentissement rapide du moteur. L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif de commande du rapport air-combustible qui peut réduire la variation du rapport provoquée par l'accéléra- tion et la décélération du moteur, permettant ainsi un bon fonctionnement du catalyseur à triple effet. L'invention concerne donc un dispositif de com- mande du rapport air-combustible admis dans un moteur à combustion interne, comprenant un passage d'admission, une tubulure d'échappement, unpapillon de carburateur, un pre- mier détecteur de la teneur d'un constituant des gaz d'échappement passant par la tubulure d'échappement, un dispositif d'alimentation en mélange air-oombustible pour le passage d'admission, des soupapes électromagnétiques destinées à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par le dispositif d'alimentation, un comparateur qui juge le signal de sortie du premier détecteur par rapport à une valeur prédéterminée, un circuit d'intégration com- prenant un circuit de proportionnalité qui intègre le sig- nal de sortie du comparateur, et un circuit d'attaque des soupapes électromagnétiques en fonction du signal de sortie du circuit d'intégration; selon l'invention, le dispositif de commande comporte en outre un second détecteur du fonc- tionnement du moteur, un premier commutateur qui réduit la fonction de commande du dispositif et un circuit à portes qui réagit aux signaux de sortie du comparateur et du se- cond détecteur en commandant le premier commutateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtra au cours de la description qui va sui- vre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs: La Figure 1 représente schématiquement un dispo- sitif de commande du rapport air-combustible selon l'inven- tion, la Figure 2 est un schéma simplifié d'un circuit électrique de détection du fonctionnement du papillon, la Figure 3 est un schéma simplifié d'un circuit électronique de commande selon l'invention, la Figure 3a est un exemple d'un circuit électro- nique de commande selon la Figure 3, la Figure 4 représente des formes d'ondes en certains points des circuits de la Figure 2, les Figures 5 à 7 montrent des formes d'ondes destinées à expliquer les relations entre le fonctionne- ment du papillon et le rapport air-combustible, la Figure 8 représente un autre mode de réali- sation de l'invention, la Figure 8a est un exemple de réalisation des circuits de la Figure 8, et la Figure 9 représente un autre mode encore de réalisation de l'invention. 4 2485096 La Figure 1 montre donc un carburateur 1 qui communique avec un moteur à combustion interne 2. Le car- burateur comporte une cuve 3, un venturi 4, un gicleur 5 qui communique. avec la cuve 3 par un passage principal 6, et un gicleur de ralenti 10 qui communique avec la cuve 3 par un passage de ralenti 11. Des passages 8 et 13 de cor- rection d'air sont prévus en parallèle avec une entrée d'air principale 7et une entrée d'air de ralenti 12. Des soupapes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien sont prévues pour les passages 8 et 13 de correc- tion d'air. Un orifice d'entrée de chaque soupape électro- magnétique communique avec l'atmosphère par un filtre à air 16. Un détecteur d'oxygène 19 est monté sur la tubu- lure d'échappement 17, en amont d'un convertisseur 18 catalytique à triple effet pour détecter la teneur en oxy- gène des gaz d'échappement. Un détecteur de papillon 20 détecte le degré d'ouverture du papillon 9. Les signaux de sortie des dé- tecteurs 19 et 20 sont appliqués à un circuit électroni- que de commande 21a pour commander les soupapes électro- magnétiques 14 et 15 qui établissent le rapport air-com- bustible du mélange à une valeur proche du rapport stoe- chiométrique. Selon la Figure 2, le papillon 9 est accouplé avec le curseur 21 d'un potentiomètre 22 auquel est ap- pliqué une tension V. La tension au curseur 21 est appli- quée à une borne de sortie 55 et à des circuits 24 et 25 d'échantillonnage et maintien par l'intermédiaire d'un am- plificateur 23. Chacun des circuits 24 et 25 d'échantil- lonnage et maintien comporte un condensateur d'emmagasi- nage et des portes, de la manière bien connue. Le circuit 24 d'échantillonnage et maintien est connecté aux bornes d'entrée d'un comparateur 30 à amplificateur opérationnel par des contacts de relais 26 et 28. Le circuit 25 d'échan- tillonnage et maintien est également connecté aux bornes d'eitrée de l'amplificateur opérationnel 30 par des con- tacts de relais 27 et 29. Par ailleurs, un oscillateur 33 est connecté à un générateur 34 d'impulsions d'échantillonnage qui déli- vre un train d'impulsions d'échantillonnage. Le générateur 34 produit des impulsions d'échantillonnage (C) de la fi- gure 4 et des impulsions d'échantillonnage (D) qui sont dé- phasées de 1800 par rapport aux impulsions (C). Les impul- sions d'échantillonnage (D) et (C) sont produites respecti- vement par les flancs arrière et avant des impulsions (B). Les impulsions d'échantillonnage (C) sont appliquées au circuit d'échantillonnage et maintien 24 pour commander sa porte et les impulsions (D) sont appliquées à la porte du circuit d'échantillonnage et maintien 25. Le signal de sor- tie de l'oscillateur 33 est appliqué à un relais 35 et également à un relais 37 par un inverseur 36. Le relais 35 actionne lecontact 26 qui oonnecte le circuit 24 d'échan- tillonnage et maintien à l'entrée non-inverseuse du compa- rateur 30 et le contact 29 qui connecte le circuit 25 d'échantillonnage et maintien à l'entrée inverseuse du com- parateur 30. Les contacts 28 et 27 sont connectés aux en- trées du comparateur 30 à l'inverse des contacts 26 et 29. Les relais 35 et 37 actionnent respectivement les contacts 26, 29 et 28, 27. Sur la Figure 4, la courbe (A) montre la tension (A) détectée par le potentiomètre 22, qui augmente avec l'angle d'ouverture du papillon 9. Le circuit 24 d'échan- tillonnage et maintien reçoit le signal de tension (A) de la Figure 4, provenant du potentiomètre 22 par l'intermé- diaire de l'amplificateur 23, et les impulsions d'échantil- lonnage (c) provenant du générateur (34) pour produire la tension de sortie (E), et le circuit d'échantillonnage et maintien 25 est commandé parle signal de tension (A) pro- venant du potentiomètre 22 par l'amplificateur 23 et des impulsions d'échantillonnage (D) provenant du générateur 34, pour produire la tension de sortie (F). Plus particu- lièrement, et de la manière connue, quand la porte de cha- que circuit d'échantillonnage et maintien est ouverte par 6 2485096 l'impulsion de niveau haut provenant du générateur 34, la tension du potentiomètre 22 par l'amplificateur 23 est chargée dans le condensateur du circuit d'échantillonna- ge et maintien 24-ou 25 correspondant. La Figure 4 montre en (G) la forme d'onde inver- sée du signal de sortie de l'inverseur 36. Le relais 35 est excité par la tension de niveau haut des impulsions de sortie (B) de la Figure 4 provenant de l'oscillateur 33, pour fermer les contacts 26 et 29, et le relais 37 est excité par la tension de niveau haut des impulsions de sortie (G) pour fermer les contacts 28 et 27. Ainsi, le comparateur 30 compare les tensions (E) et (F) alternative- ment, de sorte que la tension de sortie (H) de la figure 4 est produite par le comparateur. L'amplitude du signal de tension de sortie (I) de la Figure 4 est l'accroissement de tension AV de la tension de sortie (A) par rapport au temps &t entre les impulsions (c) et (D), c'est-à-dire la dérivée de la tension de sortie (A). Ainsi, la vitesse angulaire du papillon 9 peut être représentée par la ten- sion de sortie (I) de la Figure 4. Quand le papillon s'ar- rête ou change de sens, la tension de sortie du compara- teur 30 disparait. La vitesse angulaire et la durée du mouvement du papillon peuvent donc être représentées quan- titativement par la tension de sortie à la borne 32. Un condensateur 31 à la masse est connecté à une diode 38 qui, avec une résistance 39, est connectée entre le comparateur 30 et la borne de sortie 32. La tension de crête est chargée dans le condensateur 31. Quand le mouve- ment d'accélération du papillon cesse, la tension chargée dans le condensateur 31 se décharge par la résistance 39. La tension diminue comme le montre la figure 4 en (j). L'accélération angulaire du papillon peut être représentée *si la tension de sortie à la borne 32 est différeritiée par un différentiateur,non représenté. Un dispositif selon l'invention destiné à comman- der le rapport air-combustible sera maintenant décrit en regard de la Figure 3 qui représente un exemple de dispositif 7 2485096 de ce genre. Le signal de sortie du capteur d'oxygène 19 est appliqué à un comparateur 41 par l'intermédiaire d'une borne 40. Le comparateur 41 juge le signal d'entrée qui lui est appliqué par rapport à un niveau établi à une bor- ne 42, pour produire un signal de sortie supérieur ou in- férieur à ce niveau. Le signal de sortie est appliqué à un circuit d'intégration 43. Un circuit de proportionna- lité 50 est connecté au circuit d'intégration 43 comme un circuit de contre-réaction. Le signal de sortie du circuit 43 est comparé dans le comparateur 53 avec des impulsions triangulaires provenant d'un générateur 54, de manière à produire des impulsions rectangulaires. Les impulsions rectangulaires du comparateur 53 sont appliquées aux sou- papes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien, par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque 46. Le signal de sortie du comparateur 41 est appli- qué à un circuit à portes 45 et le signal de sortie du circuit de la Figure 2 destiné à détecter le fonctionne- ment du papillon est également appliqué à ce circuit à portes 45 ainsi qu'à un circuit de sommation 48 par une borne 47. Le signal de sortie du potentiomètre 22 est ap- pliqué au circuit de sommation 48 par des bornes 55 et 49. Les signaux de sortie du commande du circuit à portes 45 sont appliqués à une électrode de commande d'un commutateur 44 en série avec le circuit de proportionnalité 50, et au circuit de sommation 48. Le signal de sortie du circuit de sommation 48 est appliqué au comparateur 53. En fonctionnement, le signal de sortie du capteur d'oxygène 19 est appliqué au comparateur 41 pour le compa- rer avec une valeur établie, correspondant au rapport stoechiométrique. Le signal de sortie du comparateur 41 est appliqué au comparateur 53 par le circuit d'intégration 43. Le comparateur 53 délivre des impulsions rectangulaires de sortie dont la durée varie en fonction du signal de sortie du circuit d'intégration 43 et du circuit de proportionna- lité 50. Ainsi, le rapport d'impulsion des soupapes élec- tromagnetiques 14 et 15 varie en fonction du signal de sortie du comparateur 53 afin de commander le rapport air- combustible du mélange pour l'amener au rapport stoechio- métrique. Quand le moteur accélére rapidement, un mélange pauvre est admis dans les cylindres et la borne de sortie 32 (figure 2) délivre un signal de sortie de la manière déjà décrite. En raison de ce mélange pauvre, la tension de sortie du capteur d'oxygène 19 diminue au-dessous de la valeur établie du comparateur 41. La sortie de ce com- parateur 41 passe donc au niveau bas. La Figure 3a montre que le signal de niveau bas est appliqué à une porte NON- ET 56 et à une porte ET 57 du circuit à portes 45, par un comparateur 58. Par ailleurs, la borne 32 de la Figure 2 délivre un signal de niveau haut, tel que représenté en (I) sur la Figure 4, sous l'effet de l'accélération rapide mentionnée ci-dessus. Le signal de niveau-haut est égale- ment appliqué à la porte NON-ET 56 et à la porte ET 57. La sortie de la porte NON-ET 56 passe donc au niveau bas de sorte que le commutateur 44 est fermé par ce signal. Par conséquent, la commande du circuit de proportionnalité 50, à savoir une composante proportionnelle à la sortie du cir- cuit d'intégration 43, est interrompue. Le fonctionnement en boucle fermée du dispositif de commande est interrompu de sorte que le dépassement de commande peut être évité. Cette opération de suppression se poursuit tant qu'un mé- lange pauvre est fourni (t1 sur la figure 7) et qu'un sig- nal d'accélération est produit. L'écart de rapport air- combustible résultant de l'accélération rapide peut ainsi être évité. Lorsque la tension de sortie*du capteur d'oxygène 19 augmente jusqu'à un niveau haut sous l'effet d'un mé- lange riche ou que l'entrée du comparateur 58 diminue jus- qu'à un niveau bas, la sortie de la porte NON-ET 56 passe au niveau haut pour fermer le commutateur 45. Ainsi, la commande normale en boucle fermée, compre- nant la composante proportionnelle, est assurée pour,corri- ger le rapport air-combustible. Quand les sorties des deux comparateurs 41 et 58 sont au niveau haut (t2 de la figure 7), la sortie de la porte NON-ET 57 passe au niveau haut et ferme le commuta- teur 59. Par ailleurs, le signal de sortie à la borne 32 est appliqué à un additionneur 60 par un tampon 61 et un inverseur 62 et le signal de sortie à la borne 55 du po- tentiomètre 22 est également appliqué à l'additionneur 60 afin d'être additionné avec le signal de la borne 32. Sous l'effet de la fermeture du commutateur 59, le signal de sortie de l'additionneur 60 qui dépend du fonctionnement du papillon, est également appliqué au comparateur 53 pour régler la commande en boucle fermée. Ainsi, le rapport air-combustible peut converger vers le rapport stoechio- métrique comme le montre la Figure 7 en (m). Cette même figure montre en (i) l'ouverture du papillon, en (j) le signal de sortie du détecteur de papillon, en (k) l'admis- sion d'air, en (l) l'admission de combustible, et en (m) le rapport air-combustible. Les figures 8 et 8a représentent un autre mode de réalisation de l'invention, qui ne comprend pas l'addi- tionneur des signaux de sortie aux bornes 32 et 55 du pré- cédent mode de réalisation. Le signai de sortie à la borne 32 est appliqué au comparateur par un circuit de réglage 63 et le commutateur 59. Le signal de sortie-. de la porte ET 57 est appliqué au commutateur 59 par un circuit à re- tard 52. Ainsi, quand le commutateur 59 est fermé, le sig- nal de sortie réglé résultant de l'accélération parle pa- pillon est appliqué au comparateur 53 pour commander le rapport air-combustible. La Figure 9 représente un autre mode encore de réalisation dans lequel le commutateur 44a correspondant au commutateur 44 de la Figure 3 court-circuite une ré- sistance 64. Les autres éléments sont identiques à ceux de la figure 3. Ainsi, dans ces dispositifs, la cqmmande du circuit d'intégration est supprimée par la fermeture du commutateur 44a. Les modes de réalisation qui ont été décrits ci- dessus comportent un détecteur de papillon pour détecter le fonctionnement du moteur, mais il est possible d'uti- liser d'autres détecteurs tels qu'un détecteur de dépres- sion dans la tubulure d'admission ou dans le venturi. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande du rapport air-com- bustible d'un moteur à combustion interne comprenant un passage d'admission, une tubulure d'échappement (17), un papillon de carburateur (9), un premier détecteur (19) de la teneur d'un constituant des gaz d'échappement pas- sant par ladite tubulure d'échappement, un dispositif (3, 4, 5) d'alimentation en mélange air-combustible dans le passage d'admission, des soupapes électromagnétiques (14, 15) destinées à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif d'alimentation, un comparateur (41)qui conpare le signal de sortie dudit pre- mier détecteur par rapport à une valeur prédéterminée, un circuit d'intégration (43) avec un circuit de proportion- nalité (50) pour intégrer le signal de sortie dudit compa- rateur, et un circuit d'attaque (46) qui commande lesdites soupapes électromagnétiques en fonction du signal de sor- tie dudit circuit d'intégration, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second détecteur (20) du fonctionnement dudit moteur, un premier commutateur (44) destiné à réduire la commande du dispositif et un circuit à portes (45) commandé par les signaux de sortie dudit comparateur et dudit second détecteur pour commander ledit premier commutateur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit second détecteur (20) est un capteur (22) qui détecte l'accélération et la décélération du mo- teur. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit capteur (22) comprend un premier cir- cuit qui produit un signal de sortie en fonction de la vitesse angulaire dudit papillon. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit premier commutateur (44) est prévu dans ledit circuit de proportionnalité(50) pour en inter- rompre le fonctionnement. - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ledit premier commutateur (44) est prévu dans ledit circuit d'intégration (43) pour en réduire le fonctionnement. 6 - Dispositif selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que ledit circuit à-portes(45) comporte des portes logiques commandées par le signal de sortie du- dit comparateur (41) quand un mélange air-combustible pauvre est fourni et par le signal de sortie dudit second détecteur (20) à l'accélération du moteur pour commander ledit premier commutateur. 7 - Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il comporte un second circuit (48) des- tiné à additionner un signal qui dépend du signal de sor- tie dudit second détecteur (20) avec le signal de sortie dudit circuit d'intégration et un second commutateur qui connecte ledit second circuit à la sortie dudit circuit d'intégration, ledit circuit à portes (45) comprenant des portes qui sont commandées dans les conditions de fourni- ture de mélange air-combustible riche et d'accélération du moteur pour fermer ledit second commutateur. 8 - Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que ledit circuit (48) comporte un addition- neur destiné à additionner le signal de sortie dudit pre- mier circuit avec le signal de sortie dudit second détec- teur (20).