Brevet FR2492000A1 — publié le 19820416

La présente invention concerne un dispositif pour la commande du rapport air/combustible pour un système de com- mande des émissions d'un moteur à combustion interne compor- tant un convertisseur catalytique à trois voies, et plus par- ticulièrement un dispositif pour réaliser la commande du rap- port air/combustible de manière à faire fonctionner efficace- ment le convertisseur catalytique à trois voies. Un tel dispositif est un dispositif de commande à réaction, dans lequel il est prévu un détecteur d'oxygène per- mettant de détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement de manière à produire un signal électrique servant d'indica- tion du rapport air/combustible d'un mélange air/combustible délivré par un carburateur. Le dispositif de commande comporte un comparateur permettant de comparer le signal de sortie du détecteur d'oxygène à une valeur prédéterminée, un circuit à action proportionnelle et intégrale raccordé au comparateur, un circuit d'attaque destiné à produire des impulsions en onde carrée à partir du signal de sortie du circuit à action propor- tionnelle et intégrale, et une vanne à commande électromagnéti- que de marche-arrêt pour commander de ce fait le rapport air/ combustible du mélange. Dans un tel dispositif de commande, si l'on accélère rapidement le fonctionnement du moteur, la teneur en oxygène des gaz d'échappement s'écarte largement de la valeur standard correspondant au rapport stoechiométrique air/combustible. Afin de réduire rapidement l'écart important, l'action de l'ac- célération est détectée et un signal de décalage dépendant de l'accélération détectée est appliqué au circuit à action pro- portionnelle et intégrale, sans attendre le signal provenant du détecteur d'oxygène et correspondant à l'écart important. Le signal de décalage provoque un décalage ou réglage impor- tant du signal d'erreur, de sorte que le rapport air/combusti- ble du mélange peut être fortement modifié de manière à com- mander la teneur en oxygène des gaz d'échappement pour l'ame- ner à la valeur standard. Lorsque l'accélération se termine, le signal de décalage disparaut et le dispositif retourne au fonctionnement de commande à réaction. Cependant si l'action de commande destinée à corriger l'écart de la teneur des gaz d'échappement est en retard, le fonctionnement de la commande a réaction commence avant que l'écart soit corrigé. C'est pour- quoi la teneur en oxygène des gaz d'échappement est commandée sur la valeur incluant l'écart. Par conséquent la correction de l'écart de la teneur en oxygène est retardée. Un but de l'invention est de fournir un dispositif permettant de commander le rapport air/combustible et qui puis- se rapidement commander l'écart de la teneur en oxygène des gaz d'échappement pour amener cette teneur à une valeur stan- dard. Conformément à la présente invention, il est prévu un dispositif pour un moteur à combustion interne comportant un passage d'admission, un carburateur, une vanne à commande électromagnétique pour la correction du rapport air/combusti- ble du mélange air/combustible envoyé audit carburateur, un détecteur d'oxygène permettant de détecter la teneur en oxy- gène des gaz d'échappement, et un circuit de commande à réac- tion répondant à la sortie dudit détecteur d'oxygène en vue de produire un signal de sortie de commande pour piloter la vanne à commande électromagnétique afin qu'elle corrige le rapport air/combustible ledit dispositif comportant des moyens de détection permettant de détecter le fonctionnement du mo- teur pour produire un signal de sortie lorsque le papillon du moteur est largement ouvert, des moyens d'application d'une tension permettant d'appliquer une tension prédéterminée à une entrée dudit circuit de commande à réaction, des premiers moyens de commutation répondant au signal de sortie des moyens détecteurs pour raccorder la sortie desdits moyens d'applica- tion d'une tension à l'entrée dudit circuit de réaction, et des seconds moyens de commutation répondant audit signal de sortie des moyens détecteurs pour rendre inopérant ledit circuit de commande à réaction, à la manière d'un régulateur de réaction, et pour rendre ledit circuit opérant à la manière d'un ampli- ficateur pour la tension d'entrée provenant desdits moyens d'application d'une tension. D'autres objets et caractéristiques seront expliqués de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. i est une vue schématique illustrant un dispositif de commande du rapport air/combustible; - la Fig. 2 est un schéma montrant un circuit de commande classique; - la Fig. 3 est une vue en perspective d'un détec- teur associé à un papillon et utilisé dans un dispositif selon la présente invention; - la Fig. 4 est un graphique montrant les variations des signaux en différents emplacements du dispositif; - la Fig. 5 est un schéma du dispositif de commande conforme à la présente invention; - la Fig. 6 est un circuit électrique représentant le dispositif de commande de l'invention; - la Fig. 7 est un graphique montrant des signaux du dispositif selon la présente invention. En se référant à la figure 1, qui représente schéma- tiquement le dispositif de commande du rapport air/combustible, le chiffre de référence 1 désigne un carburateur disposé en a- mont d'un moteur 2, un passage 8 pour l'air de correction com- muniquant avec une évacuation d'air 7, qui est prévue dans passage principal 6 du combustible entre une cuve à niveau constant 3 et un gicleur 5 situé dans un venturi 4. Un autre passage 13 pour l'air de correction communique avec une autre évacuation d'air 12, qui est prévuedans un passage h1 de com- bustible de ralenti, qui part du passage principal 6 pour le combustible et s'étend jusqu'à un gicleur de ralenti 10 débou- chant à proximité d'un papillon 9. Ces passages d'air de cor- rection 8 et 13 communiquent avec des vannes respectives 14, à commande électromagnétique, dont les côtés admission sont reliés à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. En outre, un convertisseur catalytique 18 à trois voies est prévu dans une canalisation d'échappement en aval du moteur, et un détecteur d'oxygène 19 est prévu entre le moteur 2 et le convertisseur 18 de manière à détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement sous la forme du rapport air/combustible mélange brûlé dans le cylindre du moteur. Il est prévu un dé- tecteur 20 associé au papillon afin de détecter un fonctionne- ment avec le papillon largement ouvert sur un angle dtouvertu- re prédéterminé. Un circuit de commande à réaction 21 reçoit les si- gnaux de sortie de ces détecteurs 19 et 20 et délivre un signal de sortie en vue d'actionner les vannes à commande électroma- gnétique 14, 15 de manière qu'elles s'ouvrent et se ferment un certain rapport cyclique conformément au signal de sortie. Le rapport air/combustible est rendu faible par apport d'air de correction au carburateur à un débit d'alimentation élevé et est rendu élevé par réduction de l'alimentation en air de correction. En se référant à la figure 2, qui montre un schéma représentant le circuit de commande classique 21, on voit que le signal de sortie du détecteur d'oxygène 19 est envoyé à un circuit de commande 23 à action proportionnelle et intégra- le, par l'intermédiaire d'un circuit d'évaluation 22 compor- tant un comparateur; le signal de sortie du circuit 23 de commande à action proportionnelle et intégrale est envoyé à un comparateur 24, et le signal en onde triangulaire provenant d'un générateur 25 d'impulsions en forme d'ondes triangulaires est envoyé au comparateur 24 en vue de produire des impulsions en onde carrée. Un circuit d'attaque 26 est alimenté par les impulsions en onde carrée provenant du comparateur 24 de maniè- re à commander les vannes à commande électromagnétique 14, 15 avec le rapport cyclique des impulsions en onde carrée. Le signal de détection du détecteur 20 associé à la vanne papil- lon est envoyé au circuit 23 de commande à action proportion- nelle et intégrale par l'intermédiaire d'un circuit de décala- ge 27. En se référant à la figure 3 représentant le détec- teur 20 associé au papillon, on voit qu'un arbre de papillon 29 est monté à rotation dans un conduit d'admission 28, auquel est fixé le papillon 9. L'arbre 29 du papillon s'étend vers l'extérieur et sur cet arbre il est prévu un tambour à câble 31 comportant un cible d'accélération 32 et un disque à came 33 comportant une plage de hauteur réduite 34. Un microcommu- tateur 35 est prévu de telle manière qu'un levier 36 est ac- tionné par la plage de hauteur réduite 34 lorsque le papillon 9 est largement ouvert d'un angle prédéterminé. Le signal de sortie du détecteur d'oxygène 19 per- mettant de détecter la teneur en oxygène dans les gaz dté- chappement est envoyé au circuit d'évaluation 22, o la te- neur en oxygène est évaluée pour savoir si elle est supérieure ou inférieure à la valeur standard. Le signal de sortie du cir- cuit d'évaluation est envoyé au circuit 23 de commande à ac- tion proportionnelle et intégrale en vue de produire un si- gnal de réaction. Le signal de réaction est transformé en des impulsions en onde carrée, qui sont envoyées aux vannes à com- mande électromagnétique 14, 15, par l'intermédiaire du circuit d'attaque 26 pour la commande du débit d'alimentation d'air envoyé au carburateur. Le signal de sortie A du circuit 23 de commande à action proportionnelle et intégrale ainsi que la courbe B de variation du rapport air/combustible sont re- présentéssur la figure 4. Lorsque l'on enfonce profondément la pédale d'accé- lérateur et que le papillon 9 est largement ouvert le micro- commutateur 35 est actionné (signal C) par la plage de hau- teur réduite 34 du disque à came 33 de manière à produire un signal de sortie. Le signal de sortie est envoyé au circuit de décalage 27 en vue de produire un signal de décalage qui est envoyé au circuit 23 de commande à action proportionnelle et intégrale. Ainsi le signal de réaction A provenant du cir- cuit de commande à action proportionnelle et intégrale est dé- calé comme représenté sur la figure 4. Si l'action de commande visant à corriger l'écart au moyen du signal de réaction déca- lé est retardée, la variation de la teneur en oxygène n'est pas corrigée et cette teneur en oxygène est commandée par l'ac- tion de réaction sur la valeur incluant la variation. Par con- séquent la correction de la variation est retardée. La figure 4 montre un tel retard. La présente invention a pour objet d'é- liminer un tel inconvénient du dispositif de commande classique. En se référant à la figure 5, on voit que la sortie du détecteur 20 associé au papillon est raccordée à un multi- vibrateur monostable 37, dont la sortie est raccordée au cir- cuit 23 de commande à action proportionnelle et intégrale, par l'intermédiaire d'un circuit de maintien 38. En se référant à la figure 6, on voit que la sortie du multivibrateur monostable 37 est raccordée à des portes de commande de circuits de commutation 39 et 40 du circuit de maintien 38 et est également raccordée à la base d'un transis- tor Tr2 par l'intermédiaire d'une résistance R16. Le collec- teur du transistor Tr2 est raccordé à l'entrée de commande d'un circuit de commutation 41. La tension d'alimentation est divi- sée par les résistances R18 et R19 et est envoyée à l'entrée du circuit 23 de commande à action proportionnelle et intégra- le par l'intermédiaire du circuit de commutation 39 et de la résistance R17. Le circuit 23 de commande à action proportion- nelle et intégrale comporte des amplificateurs opérationnels OP2 et OP3, un condensateur C1 et des résistances R4, R5, R6 et R7. Les deux extrémités du condensateur C1 sont reliées par l'intermédiaire du circuit de commutation 40 et de la résis- tance R20' En outre la sortie du circuit 23 de commande à ac- tion proportionnelle et intégrale est raccordée à l'entrée de ce dernier par l'intermédiaire du circuit de commutation 41 et de la résistance R5. En fonctionnement, le signal de sortie du détecteur d'oxygène 19, correspondant au rapport air/combustible du mé- lange, est envoyé à un amplificateur opérationnel 0P1 par 1' intermédiaire d'une résistance R1 et est comparé à une valeur standard réglée par une résistance variable R2. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 0P1 est intégré et est amplifié par les amplificateurs opérationnels OP2 et OP3. La sortie de l'amplificateur opérationnel OP3 est comparée à des impulsions triangulaires provenant du circuit 25 de produc- tion d'impulsions en onde triangulaire dans un amplificateur opérationnel OP4, de sorte que des impulsions en onde carrée sont produites. Les impulsions en onde carrée commandent un transistor Tr en vue d'actionner les vannes à commande élec- tromagnétique 14 et 15. Lorsque l'accélération provoquée par l'ouverture du pavillon d'angle prédéterminé est détectée par le dispositif associé à ce papillon, le signal de sortie du détecteur 20 actionne le multivibrateur monostable 37 de manière à produire une sortie à niveau haut pendant un certain intervalle de temps. Le signal de sortie à niveau haut actionne les circuits de commutatbn 39 et 40 de manière à fermer ces circuits et fait passer à l'état bloqué le transistor Tr2, ce qui provoque le débranchement du circuit de commutation 41. Ainsi l'amplifica- teur opérationnel OP2 n'assume pas la fonction d'intégrateur et le circuit 23 de commande à action proportionnelle et inté- grale agit à la manière d'un simple amplificateur. Etant donné qu'une tension divisée par les résistances R18 et R19 est ap- pliquée à l'amplificateur opérationnel OP2 par l'intermédiaire du circuit de commutation 39, la sortie du circuit 23 de com- mande à action proportionnelle et intégrale est maintenue à une tension constante. Ainsi le rapport cyclique des impulsions carrées produites à partir de l'amplificateur opérationnel OP4 est fixé à une valeur prédéterminée (par exemple 40 %). On choisit pour le rapport cyclique une valeur suffisante pour corriger l'écart ou la variation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Lorsque le signal de sortie du multivibrateur monos- table 37 passe au niveau bas, les circuits de commutation 39 et 40 sont ouverts et le circuit de commutation 41 est fermé. Ainsi le circuit 23 de commande à action proportionnelle et intégrale fonctionne à nouveau en tant qu'intègrateur, comme décrit ci-dessus. La figure 7 montre la relation entre le si- gnal de sortie A du circuit de commande à action proportionnel- le et intégrale et la teneur en oxygène B des gaz d'échappe- ment. Du graphique, il ressort que la variation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement peut être rapidement supprimée. La courbe C montre la sortie du détecteur 20.' R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de commande du rapport air/combustible pour un moteur à combustion interne (2) comportant un passage d'admission (28), un carburateur (1), une vanne à commande é- lectromagnétique (14, 15) permettant de corriger le rapport air/combustible du mélange air/combustible envoyé au carbura- teur, un détecteur d'oxygène (19) pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement, et un circuit (21) de commande à réaction répondant au signal de sortie dudit détecteur d'o- xygène (19) pour produire un signal de sortie de commande pour commander la vanne à commande électromagnétique (14, 15) afin qu'elle corrige le rapport air/combustible caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (20) permettant de dé- tecter le fonctionnement du moteur (2) en vue de produire un signal de sortie lorsque le papillon (29) du moteur (2) est largement ouvert, des moyens d'application d'une tension (37, 38) permettant d'appliquer une tension prédéterminée à une en- trée du circuit (21) de commande à réaction, des premiers moyens de commutation (39) répondant audit signal de sortie des moyens de détection (20) pour raccorder la sortie des moyens d'application d'une tension à l'entrée du circuit (21) de commande à réaction, et des seconds moyens de commutation (40) répondant audit signal de sortie des moyens de détection (20) afin de rendre le circuit (21) de commande à réaction inopérant en tant que régulateur de réaction et opérant en tant qu'amplificateur pour la tension d'entrée provenant des moyens d'application d'une tension. 2 - Dispositif de commande du rapport air/combusti- ble pour un moteur à combustion interne (2) selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit circuit (21) de commande a réaction comporte un circuit (23) de réaction proportionnel- le et intégrale et que lesdits seconds moyens de commutation (40) sont prévus de manière à rendre ce circuit (233) à action proportionnelle et intégrale inopérant en tant qu'intégrateur et op6rant en tant qu'amplificateur.