Brevet FR2475138A1 — publié le 19810807

i La présente invention concerne un dispositif de com- mande au rapport air-combustible pour un système ue contrôle d'émission de moteur à combustion interne avec un conver- tisseur catalytique comprenant un catalyseur à triple ef- fet; plus particulièrement, l'invention concerne un dispo- sitif qui peut maintenir momentanément le rapport air-com- bustible à sa valeur stcçhiométrique pendant des condi- tions de fonctionnement à grande puissance du moteur. Un dispositif de commande de ce genre est un dispositif en boucle fermée qui comprend un capteur d'oxygène destiné à détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement, une unité de fourniture de mélange air-combustible, une soupape électromagnétique du type fonctionnant par tout ou rien pour corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par l'unité de fourniture de mélange, et un circuit de com- mande électronique. Ce circuit de commande électronique comporte un comparateur qui compare le signal de sortie du capteur d'oxygène avec une valeur prédéterminée, un cir- cuit d'intégration connecté au comparateur et destiné à en intégrer le signal de sortie et un circuit d'attaque connec- té au circuit d'intégration et produisant des impulsions d'attaque qui commandent la soupape électromagnétique fonc- tionnant par tout ou rien. Le capteur d'oxygène délivre un signal électrique indiquant le rapport air-combustible du mélange admis dans les cylindres du moteur. La tension de sortie du capteur d'oxygène est supérieure à une tension prédéterminée quand la teneur en oxygène des gaz d'échappement est inférieure à un rapport prédéterminé correspondant au rapport stoechiométrique du mélange air- 3 combustible bnelé, et elle est inférieure à la tension pré- déterminée quand la teneur en oxygène est supérieure au rapport prédéterminé. Le rapport d'impulsions du train d'im- pulsions dtattaque varie en fonction du signal de sortie du circuit d'intégration pour corriger le rapport air-combusti- ble du mélange fourni aux cylindres, afin de l'amener au rapport stoechiométrique. Dans un dispositif de ce genre, lorsque le moteur est acceléré rapiderient, condition de larges ouvertures du pa- pillon, le fonctionnement du dispositif est tel qu'il fixe le rapport dtimpulsions à une valeur prédéterminée pour per- mettre une accélération rapide. Par contre, le rapport air- combustible s'écarte largement de la valeur stoechiométri- que pendant deux ou trois secondes après la large ouverture du papillon. Quand le fonctionnement du moteur passe de l'état transitoire à l'état permanent, le rapport air-com- bustible revient à la valeur stoechiométrique. Par consé- quent, si le rapport d'impulsions est fixé à une valeur prédéterminée dans le cas de large ouverture du papillon c'estz-à:dire si le rapport air-combustible contr8lé s'écarte largement de la stoechiométrie, l'effet de purification du système de contrôle d'émission est considérablement réduit bien que l'effet d'accélération du moteur puisse être assuré. L'invention a donc pour objet de proposer un disposi- tif de commande électronique qui fonctionne de manière à fixer le rapport des impulsions d'attaque de soupape à une valeur prédéterminée quand la condition de large ouverture du papillon se maintient pendant une durée prédéterminée, afin que l'opération de purification du système de contr8le d'émission puisse être assurée en une courte période de large ouverture du papillon. L'invention concerne donc un dispositif de commande du rapport aircombustible pour un carburateur d'un moteur à combustion interne comportant une tubulure d'admission, un papillon dans la tubulure d'admission, une tubulure d'échap- pement, un premier détecteur de la teneur d'un constituant des gaz d'échappement passant par la tubulure d'échappement et des soupapes électromagnétiques fonctionnant par tout ou rien pour corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par un dispositif de fourniture de mélange air-com- bustible; ce dispositif comporte un circuit de commande électronique comprenant un circuit de jugement qui examine un signal de sortie du premier détecteur, un circuit d'in- tégration et un circuit d'attaque qui délivre un signal d'attaque des soupapes électromagnétiques en fonction du signal de sortie du circuit d'intégration, de manière à commander le rapport air-combustible et l'amener à une va- leur à peu près égale au rapport stoechiométrique; le 24?5138 dispositif comporte un second détecteur de la condition de fonctionnement du moteur à combustion interne et qui pro-. duit un signal détecté dans le cas de large ouverture du papillon, un générateur de signal fixe pour le circuit d'at- taque, un commutateur actionné par le signal détecté du second détecteur, destiné à rendre inopérant le signal de sortie du circuit d'intégration et à fournir le signal-fixe au circuit d'attaque, un circuit à retard destiné à retarder le fonctionnement de ce commutateur de manière que les sou- papes électromagnétiques soient actionnées avec un rapport d'impulsions prédéterminé quand la condition de large ou- verture du papillon se maintient pendant une période prédé- terminée. 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 figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande du rapport air-combustible selon ljinvention, la figure 2 représente un circuit de commande électroni- que selon l'invention, la figure 2a montre des formes d'onde en différentes parties du circuit de la figure 2, la figure 3 est une courbe caractéristique de sortie d'un moteur, et les figures 4A à 4D montrent des variations du rapport air-combustible. La figure 1 montre donc un carburateur 1 qui communique avec un moteur à combustion interne 2. Le carburateur com- porte une cuve 3, un venturi 4, un gicleur 5 qui communi- que avec la cuve 3 par un canal principal 6 et un gicleur de ralenti 10 qui communipe avec la cuve 3 par un canal de ralenti 11. Des passages 8 et 13 de correction d'air sont prévus en parallèle avec une arrivée principale d'air 7 et une arrivée d'air 12 de ralenti. Des soupapes électro- magnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien sont prévues pour les passages de correction d'air 8 et 13. Un orifice d'entrée de chaque soupape électromagnétique commu- -4 nique avec l'atmosphère par un filtre à air 16. Un capteur d'oxygène 17 est prévu sur le tuyau d'échappement 17 en amont d'un convertisseur 18 à catalyseur à triple effet pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Un capteur 20 de large ouverture du papillon condstant en un transducteur du type à potentiomètre est accouplé avec le papillon 9 pour détecter une ouverture d'accéléra- tion du papillon. Les signaux de sortie des capteurs 19 et sont appliqués à un circuit 21 de commande électronique pour commander les soupapes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien afin d'amener le rapport air-combustible du mélange à une valeur à peu près égale à sa valeur stoechiométrique. La figure 2 montre que le signal de sortie du capteur d'oxygène 19 est appliqué à un comparateur 23. Ce compara- teur 23 compare le signal d'entrée avec une valeur réglée appliquée par un signal 22 de valeur réglée de manière à produire un signal d'écart. Le signal d'écart est appli- qué à un circuit 24 de proportionnalité et d'intégration qui le convertit en un signal de proportionnalité et d'in- tégration. Ce signal est appliqué à un comparateur 26 et il est comparé avec des impulsions triangulaires fournies par un générateur 25 d'impulsions triangulaires de manière à produire des impulsions rectangulaires. Les impulsions rectangulaires sont appliquées à un circuit d'attaque 27 et de là, aux deux soupapes électromagnétiques 14,15 fonc- tionnatn par tout ou rien. Selon l'invention, le circuit 24 de proportionnalité et d'intégration est connecté au comparateur 26 par l'in- termédiaire d'un commutateur 28 à semi-conducteur, par exemple un transistor à effet de champMOS, et un généra- teur 31 de signal de rapport d'impulsions fixe est connecté au comparateur 26 par un commutateur 32 à semi-conducteur. L'électrode de commande du commutateur 28 est connectée à la sortie Q d'un circuit basculeur 33 de type RS et l'électrode de commande du commutateur 32 est connectée à la sortie! de ce circuit basculeur. L'entrée de forçage S du circuit basculeur est connectée au capteur 20 de large 2475 138 ouverture du papillon par un inverseur 34 et son entrée R de mise a "0" est connectée au capteur 20 par un circuit a retard 35 comprenant une porte ET 36, un condensateur 37 et une résistance 38. A l'état permanent de fonctionnement du moteur, le signal de sortie A du capteur 20 de large ouverture du pa- pillon est au niveau bas, comme le montra la figure Za. Par conséquent, le signal de sortie G du circuit basculeur 33 est au niveau haut et le signal de sortie F est au niveau bas de sorte que le commutateur 28 est fermé et le commu- tateur 32 est ouvert. Ainsi, le circuit 24 de proportionna- lité et d'intégration est connecté au comparateur 26. Dans ces conditions, si le capteur d'oxygène 19 détecte une faible teneur en oxygène des gaz d'échappement, le circuit 24 de proportionnalité et d'intégration délivre un signal de sortie qui corrige l'écart du rapport air-combustible. En fonction de ce signal de sortie, le circuit d'attaque 27 délivre des impulsions de sortie avec un plus grand rap- port d'impulsiôns, de sorte que les temps d'ouverture des soupapes électromagnétiques 14 et 15 augmentent de sorte que le volume d'air passant dans le mélange fourni par le carburateur 1 augmente, de même que le rapport air-combus- tible. Lorsqu'un mélange pauvre est détecté, des impulsions de plus faible rapport sont produites de sorte que le rap- port air-combustible diminue ce qui enrichit le mélange fourni par le carburateur. Quand le papillon 9 est largement ouvert, le signal de sortie A du capteur 20 passe au niveau haut. Le signal D de mise à "0" est appliqué au circuit basculeur 33 avec un retard Td apparaissant sur la figure 2a. Ainsi, après le retard Td, le commutateur 32 est fermé et le commuta- teur 28 est ouvert. Un signal de rapport d'impulsions fixe est alors appliqué par le circuit 31 au comparateur 26, par l'intermédiaire du commutateur 32. La référence H sur la figure 2a désigne le signal de rapport fixe. Ainsi, les soupapes 14 et 15 sont commandées avec un rapport d'im- pulsions fixe pour fournir un mélange riche et augmenter l'effet d'accélération. Quand la condition de large ouver- 2475 138 ture du papillon disparait, la commande en boucle fermée décrite ci-dessus est à nouveau exercée. La figure 3 montre la vitesse du moteur, en abscisses, en fonction du couple de sortie en ordonnée. Sur cette figure, la région A correspond à la zone d'état permanent la ligne B en pointillés est la ligne limite, la ligne C en trait plein représente l'ouverture complète du papillon, et la zone D est la zone de large ouverture du papillon. Si la puissance de sortie du moteur varie suivant a-b-c-d-e, les points a et e sont dans la région d'état permanent, les points b et d sont sur la ligne limite et le point c se trouve dans la région de large ouverture du papillon. Les figures 4A et 4c montrent les variations du rapport air-combustible sous l'effet d'un dispositif courant pen- dant le fonctionnement illustré par la figure 3, et les figures 4B et 4D montrent les variations imposées par le dispositif selon l'invention. Sur ces figures, le signe + indique un mélange riche et le signe - indique un mélange pauvre. Les références a à e des figures 4A à 4D correspon- dent à celles de la figure 3. Avec le dispositif selon l'invention, le rapport air- combustible riche c dans la région D de large ouverture du papillon apparaît après le retard T comme le montre la figure 4B. Si la période T' du rapport riche dans la ré- gion de large ouverture du papillon est plus courte que le retard T comme le montre la figure 4C, la commande de rapport riche n'est pas appliquée, comme le montre la fi- gure ED. Le mode de réalisation décrit et illustré comporte un capteur de papillon pour détecter la condition de large, ouverture, mais d'autres dispositifs tels qu'un capteur à dépression qui détecte la dépression dans la tubulure d'admission du moteur ou un contact commandé par la pédale d'accélération peuvent convenir. Selon l'invention, le rapport d'irpulsions d'attaque des soupapes électromagnétiques est fixé si la condition de large ouverture du papillon se maintient pendant une durée prédéterminée. Cela permet donc d'éviter la réduction de l'effet de purification dans la courte période initiale de large ouverture du papillon. - REVENDI CATIONS 1 - Dispositif de commande de rapport air-combustible pour un carburateur (1) d'un moteur à combustion interne (2) comnportant une tubulure d'admission, un papillon (9) dans la tubulure d'admission, une tubulure d'échappement (17), un premier détecteur (19) de la teneur d'un constituant des gaz d'échappement passant par ladite tubulure d'échappement et des soupapes électromagnétiques (14,15) fonctionnant par tout ou rien pour corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par un dispositif (3) de fourniture de mélange, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (21) de commande électronique comprenant un circuit de jugement (23) qui examine un signal de sortie dudit premier détecteur(19), un circuit d'intégration (24) et un circuit d'attaque (27) qui pro- duit un signal d'attaque des soupapes électromagnétiques (14,15) en fonction d'un signal de sortie dudit circuit d'intégration pour commander le rapport air-combustible et l'amener à une. valeur à peu près égale à la valeur stoechiométrique, ledit dispositif comportant également un second détecteur (20) de la condition de fonctionnement du moteur à combustion interne et produisant un signal détecté pendant une condition de large ouverture dudit papillon (9), un générateur (25) de signal fixe pour ledit circuit d'attaque, un commutateur (28) destiné à être commandé par ledit signal détecté dudit second détecteur pour rendre inopérant le signal de sortie dudit circuit d'intégration et pour appliquer ledit signal fixe audit circuit d'attaque, et un circuit à retard (35) introdui- sant un retard au fonctionnement dudit commutateur de ma- niere que lesdites soupapes électromagnétiques soient com- mandées avec un rapport d'impulsions prédéterminées après que ladite condition de large ouverture du papillon se poursuit pendant une période prédéterminée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (33) qui com- mande ledit commutateur (28). - 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (33) est un circuit basculeur du type RS dont l'une des entrées est connectée audit circuit à retard (35).