Brevet FR2475133A1 — publié le 19810807

?475133 i La présente invention est relative à un dispositif de commande du rapport air/combustible pour un appareil de commande des émissions d'un moteur à combustion interne du type comprenant un catalyseur à trois voies, et elle concerne plus particulièrement un dispositif pour commander le rapport air-combustible pour l'amener jusqu'à une valeur avoisinant le rapport stoechiométrique de manière à action- ner le catalyseur à trois voies de façon efficace. Un tel dispositif de commande est du type à réaction dans lequel il est prévu un capteur d'oxygène pour capter la teneur en oxygène des gaz d'échappement et engendrer un signal électrique qui constitue une indication du rapport air/combustible du mélange d'air et de combustible distribué par un carburateur. Le dispositif de commande comprend un comparateur pour comparer le signal de sortie du capteur d'oxygène à une valeur prédéterminée, un circuit intégra- teur relié au comparateur, un circuit de puissance pour produire des ondes rectangulaires à partir du signal de sortie du circuit intégrateur et. une soupape électromagné- tique du type à tout ou rien pour corriger le rapport air/combustible du mélange. Le dispositif de commande évalue si le signal de réaction provenant du capteur d'oxygène est plus haut ou plus bas qu'une valeur prédéter- minée de référence qui correspond au rapport stoéchio- métrique air/combustible afin de produire un signal d'er- reur pour actionner la soupape électromagnétique et com- mander ainsi le rapport air/combustible du mélange. La réponse d'un tel dispositif de commande à réaction présente une lenteur inhérente du fait que le temps de détection par le capteur d'oxygène est retardé. D'une façon plus particulière, le mélange corrigé par la soupape électromagnétique est admis dans le cylindre du moteur en traversant le conduit d'admission et est brûlé dans ce cylindre, et ensuite évacué dans le conduit d'échappement. Par conséquent à l'instant auquel le capteur d'oxygène dé- tecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement sur la base du mélange corrigé, l'action correctrice assurée par ladite soupape électromagnétique fonctionnant en tout ou &475133 rien a dépassé le point désiré. Il en résulte qu'un mé- lange riche ou pauvre résultant de ce dépassement est admis dans le moteur, et la variation du rapport air/com- bustible est captée par le capteur d'oxygène. Une action correctrice en sens opposé est par suite provoquée.Après cette oscillation du fonctionnement de la commande, la variation du rapport air/combustible du mélange se rap- proche du rapport stoechiométrique. Par conséquent la variation du rapport air/combustible du mélange est cor- rigéevers la valeur stoéchiométrique avec un certain retard. En conséquence la diminution désirée des consti- tuants nuisibles ne peut pas être obtenue. On a décrit au brevet français no 80 17 161 un dispositif destiné à améliorer un tel retard de la com- mande, dispositif dans lequel le centre d'oscillation d'un signal oscillatoire capté par le capteur d'oxygène est déplacé ou décalé en fonction de la déviation du signal de sortie du capteur d'oxygène pour corriger le rapport air/combustible. Cependant lorsque le moteur est rapidement accéléré ou ralenti, l'opération de correction est retar- dée, même dans un tel dispositif. Le but de l'invention est de fournir un dis- - positif de commande dans lequel le décalage du signal oscillatoire est modifié avec la variation du fonction- nement du moteur à l'état transitoire du fonctionnement de celui-ci, de. sorte que la déviation du rapport air/ combustible par rapport à la valeur désirée peut être ra- pidement corrigée. L'invention a pour objet un dispositif de com- - mande du rapport air/combustible pour un moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission, un conduit d'échappement, un dispositif d'alimentation en mé- lange air/combustible, une soupape électromagnétique fonctionnant en tout ou rien pour corriger le rapport air/ combustible du mélange distribué par le dispositif d'ali- mentation, un générateur de signal oscillatoire pour pro- duire un signal oscillatoire périodique ayant une confi- guration dont une période consiste en plusieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, un circuit de commande de décalage pour décaler le niveau du centre dudit signal oscillatoire, un circuit de puissance pour produire une sortie de puissance en fonction dudit signal oscillatoire et pour actionner ladite soupape électroma- gnétique, et des moyens pour capter la concentration en oxygène des gaz d'échappement circulant dans le conduit d'échappement, le dispositif comprenant des moyens pour capter la déviation du signal oscillatoire qui est captée par le capteur, un dispositif d'évaluation pour évaluer le sens et la quantité de ladite déviation du signal oscil- latoire capté par rapport au rapport stoéchiométrique air/combustible, et des moyens pour produire un signal de sortie afin de décider le sens et la Quantité du décalage effectuéspar le circuit de commande de décalage en fonction de la sortie du dispositif d'évaluation, grâce à quoi la déviation dudit signal oscillatoire peut être corrigée pour être amenée au rapport stoéchiomé- trique air/combustible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels: - là Fig. 1 est un schéma d'un dispositif suivant l'invention; - la Fig. 2 est un schéma synoptique d'un circuit de commande électronique du dispositif; - la Fig; 3 montre la relation entre les configurations du signal oscillatoire et le décalage du signal; - les Fig. 4A à 4G sont des diagrammes montrant à gauche les courbes du signal oscillatoire dé- tecté et à droite le décalage du signal oscillatoire; - la Fig. 5 montre la relation entre le signal oscillatoire et le rapport tout ou rien de l'im- pulsion pour actionner une soupape électromagnétique; - la Fig. 6 montre un autre mode de réali- sation de l'invention; - les Fig. 7A et 7B.montrent un exemple de circuit électronique de commande. En se référant à la Fig. 1, un carburateur 1 communique avec un moteur à combustion interne 2. Le carbura- teur 1 comprend une chambre 3 à flotteur, un venturi 4 formé dans un conduit d'admission, un gicleur 5 qui communi- que avec la chambre 3 du flotteur par l'intermédiaire d'un conduit principal 6 de combustible, et un gicleur de ralen- ti 10 prévu au voisinage d'un papillon des gaz 9 dans le conduit d'admission communiquant avec la chambre de flot- teur 3 par l'intermédiaire d'un conduit 11 de combustible, de ralenti. Des conduits 8 et 13 d'air de correction sont disposés en parallèle jusqu'à une prise d'air principale 7 et à une prise d'air -12 de ralenti respectivement. Des soupapes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant en tout ou rien sont prévues pour les conduits 8 et 13 d'air de - correction respectivement. Les orifices d'entrée de chacune des soupapes électromagnétiques 14 et 15 communi- quent respectivement avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Un capteur 19 d'oxygène est disposé dans une tubulure 17 d'échappement qui communique avec le moteur à combustion interne. Le capteur 19 capte la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Un convertisseur cataly- tique 18 à trois voies est prévu dans la tubulure 17 d'échappement en aval du capteur d'oxygène 19. Le signal de sortie du capteur 19 est appliqué à un circuit de commande électronique 20 d'un dispositif électronique de commande. Le circuit 20 corrige le rapport air/combustible du mélange fourni par le carburateur 1. La Fig. 2 est le schéma synoptique du circuit électronique de commande 20. Le sortie du capteur 19 d'oxygène est reliée à des circuits évaluateurs de niveau 21, 22 et 23, un circuit 24 de mise en mémoire, un circuit 25 de minutage et à des portes ET 26, 27 et 28. Les sorties des circuits 21, 22 et 23 d'évaluation de niveau sont reliées à des portes ET correspondantes respectivement. Les sorties des portes ET 26, 27 et 28 sont reliées à des portes correspondantes 29, et 31. Les signaux de minutage X et Y sont appliqués au circuit 24 de mise en mémoire et aux circuits d'évalua- tion 29, 30 et 31 comme signaux de commande. La sortie Z du circuit 24 est appliquée à l'entrée des circuits d'éva- luation de niveau 21, 22 et 23. Les sorties des portes 29, et 31 sont appliquées à un circuit 32 d'évaluateur de configuration dont la sortie est à son tour reliée à un circuit 33 qui détermine un degré de décalage. La sortie du circuit 33 et la sortie d'un circuit 34 générateur de signal oscillatoire sont appliquées en entrée à un circuit de commande du centre d'oscillation. Le circuit 35 est prévu pour engendrer un train d'impulsions présentant une configuration oscillatoire représentée à la Fig. 5. La sortie du circuit 34 est reliée aux soupapes électro- magnétiques 14 et 15 par l'intermédiaire d'un circuit de puissance 36. Le rapport tout ou rien de l'impulsion de puissance provenant du circuit de puissance 36 varie en fonction du niveau de signal oscillatoire capté par le capteur d'oxygène pour corriger le rapport air/combustible du mélange qui doit être distribué au moteur pour l'amener à la valeur stoéchiométrique. Lorsque le signal oscillatoire capté par le capteur d'oxygène 19 est situé dans une plage donnée il n'est pas nécessaire de décaler le centre du signal oscillatoire qui doit être appliqué aux soupapes électro- magnétiques 14 et 15. Cependant lorsque le signal oscil- latoire capté par le capteur d'oxygène dévie vers le côté riche ou vers le côté pauvre par rapport à la valeur stoéchiométrique lors de l'accélération ou du ralentisse- ment du moteur, le signal oscillatoire est décalé dans le sens opposé pour corriger rapidement l'écart du rapport air/combustible. Suivant l'invention le degré du décalage du signal oscillatoire est commandé en fonction de la configuration du signal oscillatoire capté pour obtenir une correction rapide de l'écart dans l'état transitoire du fonctionnement du moteur. La Fig. 3 montre la relation entre des con- figurations transitoires du signal oscillatoire capté et le décalage à appliquer. Les configurations sont classées en en sept configurations A et G. Le décalage varie par paliers prédéterminés distincts en fonction de la confi- guration. Pour classer le signal oscillatoire détecté dans les sept configurations, le signal oscillatoire détecté est comparé à un signal oscillatoire qui est capté après une période prédéterminée T2 pour capter l'écart et le sens du signal oscillatoire. La configuration A est celle qui correspond au régime intermédiaire stable du moteur, les configurations B, C et D correspondent à l'état transitoire pour le décalage vers le côté pauvre-et les configurations E, F et G corres- pondent au décalage vers le côté riche. L'amplitude du signal de sortie du capteur d'oxygène 19 est limitée à une amplitude maximale et le creux de l'onde maximale est supposé être par définition de 0% et la crête de l'onde est supposée être 100%, ce qui correspond au rapport tout ou rien 0% et 100% pour la soupape électromagnétique, et par conséquent 50% corres- pond à la valeur stoechiométrique. Le circuit 21 d'évalua- tion de niveau est adapté pour évaluer si le signal de sortie du capteur 19 dévie de 80% par rapport au niveau de la sortie.Z du circuit 24.-Le circuit 22 d'évaluation de niveau est destiné à évaluer si le signal oscillatoire dévie de 50% par rapport au niveau de la sortie Z et le circuit d'évaluation 23 est-destiné à évaluer une déviation de 20% du signal de sortie. Le signal de sortie du capteur 19 est appliqué aux circuits d'évaluation 21, 22 et 23, au circuit 24 de mise en mémoire et au circuit de temporisation 25. Le cir- cuit 25 produit des signaux X et Y de minutage à la crête du signal oscillatoire capté par le capteur 19. Le circuit 24 de mise en mémoire met en mémoire le niveau d'une sortie du capteur d'oxygène 19 après avoir reçu le-signal de minutage X et produit le niveau mis en mémoire sous forme forme d'un signal Z de mémoire par un signal de minutage X après une ou deux impulsions. Un nouveau signal oscil- latoire capté provenant du capteur 19-et l'ancien signal oscillatoire mis en mémoire sont ainsi appliqués aux cir- cuits d'évaluation de niveau 21, 23. Le circuit 21 fait passer le signal capté supérieur à 80% du niveau du signal Z, le circuit 22 d'évaluation fait passer le signal capté supérieur à 50% et le circuit d'évaluation 23 fait passer le signal capté supérieur à 20%. Les Fig. 4A à 4G montrent le signal oscilla- toire capté par le capteur 19 et le décalage du signal os- cillatoire. La Fig. 4A montre le signal oscillatoire (con- figuration A) au régime intermédiaire stable du fonction- nement du moteur sans accélération ni décélération. Le niveau du signal (l'amplitude J du creux à la crête) à la mise en mémoire est égal au niveau (amplitude K) à l'éva- luation. Par conséquent tous les circuits d'évaluation 21, 22 et 23 produisent des sorties et de ce fait toutes les portes ET 26, 27 et 28 produisent des sorties respec- tivement. Les portes 29, 30 et 31 produisent des sorties à l'apparition du signal de minutage Y qui est engendré à la crête de la sortie du capteur 19. Le circuit 32 d'évaluation de configuration évalue la configuration A au moyen des sorties des portes 29, 30 et 31 pour produire la configuration de sortie A. Lorsque la configura- tion A est évaluée, le décalage de l'onde oscillatoire n'est pas effectué. La Fig. 4B montre la configuration B dans laquelle l'amplitude K coupe les niveaux de 50% et de 80%. Ainsi les portes 29 et 30 produisent des sorties de manière que le circuit 32 évalue la configuration B. Le signal oscillatoire capté de configuration B dévie vers le côté riche par rapport au niveau stoéchiométrique de 50%. Le circuit 32 est par conséquent conçu de façon à produire une sortie pour décaler le signal oscillatoire vers le côté pauvre. Le circuit 33 établissant le décalage produit une sortie pour décaler le signal oscillatoire de la quantité "I" vers le côté pauvre (niveau haut) en fonction du signal provenant du circuit 32. Le circuit 34 de commande du centre d'osil- lation décale le signal oscillatoire provenant du circuit en fonction du signal provenant du circuit 33. Le signal oscillatoire décalé est appliqué aux soupapes électro- magnétiques 14 et 15 par l'intermédiaire du circuit de puissance 36. La Fig. 5 montre la relation entre le niveau du signal oscillatoire et le rapport tout ou rien des impulsions qui excitent les soupapes électromagnétiques. Lorsque le niveau du signal oscillatoire est haut le rapport tout ou rien est grand, ce qui signifie que la période d'ouverture de la soupape est augmentée de façon à diluer ainsi le mélange air/combustible. Ainsi l'écart du rapport air/combustible vers le côté riche peut être- amené rapidement à la valeur stoéchiométrique. Lorsque les configurations C et D représentées aux Fig. 4C et 4D sont évaluées, il se produit un fonction- nement analogue à celui décrit ci-dessus. Le signal oscil- latoire est décalé de II et de III pour les configurations C et D respectivement. Les Fig. 4E, 4F et 4G montrent des configura- tions E, F et G qui signifient que le signal oscillatoire capté est dévié vers le côté pauvre. Par conséquent le dispositif fonctionne pour décaler le centre du signal oscillatoire vers le côté riche. D'une façon plus particu- lière, avec la configuration E, seules les portes 30 et 31 produisent des sorties de sorte que le circuit 32 engendre un signal de configuration E et le circuit 33 produit un signal pour décaler de I vers le côté riche. Pour les autres configurations F et G une commande analogue est effectuée jusqu'à obtention de la configuration E. Ainsi suivant l'invention, le signal oscil- latoire est décalé d'une quantité appropriée pour corriger l'écart du rapport air/combustible en fonction du régime transitoire du fonctionnement du moteur, de sorte que la déviation peut conduire rapidement au rapport stoéchio- métrique air/combustible. La Fig. 6 montre un autre mode de réalisation dans lequel l'invention est appliquée à un moteur comportant un dispositif d'injection de combustible. Un injecteur est prévu sur un collecteur d'admission 39 en aval d'un ?475133 filtre à air 38. L'injecteur de combustible 40 communique avec un réservoir de combustible 41 comportant une pompe à combustible (non représentée) par l'intermédiaire d'un conduit 42. L'injecteur 40 est relié à un ensemble de commande 43 comportant le dispositif de commande 20 de la Fig. 2. Le capteur 19 d'oxygène et le capteur 37 du nombre de tours par minute sont prévus pour commander le disposi- tif de commande 20. Dans un tel dispositif l'injecteur 40 est actionné par le signal oscillatoire de la même façon que dans le mode de réalisation Précédent, de sorte que l'on peut assurer une commande efficace des émissions. Les Fig. 7a et 7b montrent un exemple du circuit électronique de commande dans lequel les mêmes organes que dans l'exemple de la Fig. 2 sont désignés par les mêmes références. Le circuit 24 de mise en mémoire est constitué de circuits de mémoire numérique. En conséquence le circuit 24 de mise en mémoire comprend un convertisseur analogique-numérique 44, des basculeurs R5 45, 48 et des convertisseurs numériques-analogiques 49, 52. ?475133 - REVENDICATIONS - 1. Dispositif de commande du rapport air/ combustible pour moteur à combustion interne compor- tant un conduit d'admission, un conduit d'échappement, un dispositif d'alimentation en mélange air/combusti- ble, des soupapes électromagnétiques fonctionnant en- tout ou rien pour corriger le rapport air/combustible du mélange fourni par le dispositif d'alimentation, comprenant un circuit 34 générateur d'un signal oscil- latoire pour produire un signal oscillatoire périodique ayant une configuration dont une période présente plu- sieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, un circuit 35 de commande de décalage pour décaler le niveau du centre dudit signal oscillatoire, un circuit de puissance 36 pour produire une sortie en fonction dudit signal oscillatoire et pour actionner ladite sou- pape électromagnétique 14,15, et des capteurs 19 pour capter la concentration en oxygène dans les gaz d'échap- pement passant dans le conduit d'échappement, disposi- tif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour capter la déviation du signal oscillatoire capté par ledit capteur 19, un dispositif d'évaluation 21,22,23 pour évaluer le sens et le degré de ladite déviation du signal oscillatoire capté par rapport au rapport stoéchiométrique air/combustible, et des moyens 26,27,28 pour produire un signal de sortie pour établir le sens et le degré du décalage effectués par le circuit 20 de commande de décalage en fonction de la sortie du dispo- sitif d'évaluation de telle sorte que la déviation du- dit signal oscillatoire soit corrigée jusqu'au rapport stoéchiométrique air/combustible. 2. Dispositif de commande suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le degré du décalage est commandé en fonction des configurations du signal oscil- latoire capté.