Brevet FR2491999A1 — publié le 19820416

--' i La présente invention est relative à un dispositif de commande du rapport air-combustible pour un moteur à combus- tion interne, qui commande le rapport air-combustible du mé- lange d'air et de combustible jusqu'à une valeur qui est une approximation du rapport stoéchiométrique pour lequel un dis- positif de catalyse à trois voies agit plus efficacement, et elle concerne plus particulièrement un dispositif de commande du rapport air-combustible qui est capable de réduire la te- neur en CO des gaz d'échappement aux basses températures du moteur. Dans un dispositif de commande classique du rapport air-combustible du mélange brûlé dans les cylindres du moteur, on capte la-concentration en oxygène des gaz d'échappement au moyen d'un capteur de 02 prévu dans le système d'échappement du moteur, et on procède à une évaluation au moyen du signal de sortie du.capteur de 2 pour déterminer si le signal est supérieur ou inférieur à la valeur qui correspond au rapport stoéchiométrique, de manière à ouvrir ou fermer des électro- vannes afin de régler la quantité d'air devant être ajoutée au mélange, et en conséquence le rapport air-combustible est commandé à la valeur stoéchiométrique. Dans un tel dispositif de commande du rapport air-combustible, tandis que le papil- lon des gaz du moteur est complètement ouvert aux basses tem- pératures du moteur, le mélange air-combustible est enrichi afin d'améliorer la souplesse de conduite du véhicule action- né par le moteur. Le dispositif classique de commande du rapport air- combustible sera décrit en référence à la Fig. 1 qui est une vue schématique du système. La sortie d'un capteur 25 de 2 pour capter la concentration en oxygène des gaz d'échappement est appliquée à un circuit de commande 26 à réaction dont la sortie est appliquée à une électrovanne 27 pour commander le débit d'air à un carburateur, constituant ainsi une com- mande à réaction. En outre un interrupteur 28 de pression né- gative qui est fermé pour une pression négative prédéterminée régnant dans le conduit d'admission du moteur est relié à un interrupteur 29 de température d'eau qui détecte la tempéra- ture de l'eau de refroidissement et la sortie de cet interrup- teur 29 est reliée au circuit de commande 26. Dans ce système, lorsque la température de l'eau de re- froidissement du moteur est-inférieure à une température pré- déterminée, et également lorsque le papillon des gaz est com- plètement ouvert, ce qui produit une faible pression négative dans le conduit d'admission (c'est-à-dire dans la zone A à la Fig.2), la commande à réaction par le capteur 25 de 02 est coupée et un mélange riche fixé d'air et de combustible est distribué au moteur. Dans l'autre condition de fonctionnement, (c'est-à-dire dans la zone B à la Fig.2) le rapport air-combus- tible est commandé en fonction de l'évaluation du rapport de l'air et du combustible capté par le capteur 25de 02- Comme représenté à la Fig. 3 qui montre la variation du rapport cy- clique dans les conditions de fonctionnement représentées à la Fig.2, ce rapport est certainement maintenu à une valeur particulière dans les conditions de la zone A. Cependant dans un tel système classique, en raison du fait que le rapport cy- clique est maintenu à une valeur particulière aussi longtemps que règnent les conditions-de la zone A, même si le moteur s'échauffe, un mélange d'air et de combustible excessivement riche est distribué, ce qui est la cause d'une émission impor- tante de CO. En conséquence le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande du rapport air-combustible qui soit ca- pable de réduire les émissions de CO ainsi que d'améliorer la souplesse de conduite en rendant la valeur déterminée du rapport cyclique variable en fonction de la température de l'eau de refroidissement. L'invention a en conséquence pour objet un dispositif de commande du rapport air-combustible pour un moteur à combus- i tion interne comprenant un conduit d'admission, un carburateur, une électrovanne pour corriger le rapport air-combustible du mélange distribué au carburateur, un capteur de 2 pour capter la concentration en oxygène des gaz d'échappement, et un cir- cuit de commande à réaction sensible à la sortie du capteur de 2 pour produire un signal de sortie de commande pour ac- tionner l'électrovanne afin de corriger le rapport air-combus- tible, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens pour capter la température du moteur afin de produire un si- gnal de sortie qui varie avec la température, des seconds moyens pour capter le fonctionnement du moteur et pour produi- re un signal de sortie lorsque le papillon des gaz du moteur est largement ouvert, un premier interrupteur sensible au si- gnal de sortie des seconds moyens pour relier la sortie des premiers moyens à l'entrée du circuit de commande à réaction, et un second interrupteur sensible au signal de sortie des- dits seconds moyens pour rendre le circuit de commande à réac- tion inactif en tant que dispositif de commande à réaction, mais actif comme dispositif de commande pour produire une sor- tie ayant un rapport cyclique afin de fournir un mélange air- combustible riche, le circuit de commande à réaction étant agencé de façon que le rapport cyclique varie afin d'augmenter le rapport air- combustible du mélange lorsque la température du moteur augmente. 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: - la Fig. 1 est un schéma synoptique d'un dispositif classique de commande du rapport air-combustible; - la Fig. 2 est un diagramme montrant la répartition d'une zone de fonctionnement du dispositif de commande; - la Fig. 3 est un diagramme montrant la variation du rapport cyclique. - la Fig. 4 est une vue schématique d'un dispositif de commande du rapport air-combustible suivant un mode de réa- lisation de l'invention; - la Fig. 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande; - la Fig. 6 est un schéma d'un circuit électrique au- quel est appliquée l'invention; - la Fig. 7 est un diagramme montrant une répartition des zones de fonctionnement; - la Fig. 8 est un diagramme montrant la variation du rapport cyclique. En se référant à la Fig. 4 qui montre schématiquement le dispositif de commande du rapport air-combustible suivant un mode de réalisation de l'invention, la référence 1 désigne uncarburateur prévu ent.amont d'un moteur 2, un passage 8 de correction d'air qui communique avec un orifice 7 de prise d'air qui est prévu dans un conduit principal 6 de combusti- ble entre une chambre de flotteur 3 et une buse 5 d'un ventu- ri 4. Un autre conduit 13 de correction d'air communique avec un autre orifice 12 de prise d'air qui est prévu dans un conduit 11 de combustible de ralenti, qui diverge par rap- port au conduit principal 6 et s'étend jusqu'à un orifice 10 de ralenti débouchant-au voisinage d'un papillon des gaz 9. Ces conduits 8 et 13 de correction d'air communiquent avec des électrovannes 14, 15, respectivement dont les cotés in- duction sont en communication avec l'atmosphère par l'inter- médiaire d'un filtre à air 16. En outre un convertisseur ca- talytique 18 à trois voies est prévu dans une tubulure 17 d'é- chappement du côté aval du moteur, et un capteur 19 de 02 est prévu entre le moteur 2 et le convertisseur 18 afin de capter la concentration en oxygène des gaz d'échappement comme re- présentant le rapport air-combustible du mélange brlé dans le cylindre du moteur. Un capteur 22 de pression négative est prévu sur un 249 1 999 tuyau d'admission 21 du moteur.2, et ce capteur est actionné par la dépression du collecteur dans la tubulure d'admission et un capteur 23 de température d'eau est monté sur la chemi- se d'eau du moteur, afin de détecter la température de l'eau de refroidissement de celui-ci. Un circuit 20 de commande à réaction qui reçoit des sorties provenant de ces capteurs 19, 22 et 23 produit un si- gnal de sortie afin d'actionner les électrovannes 14, 15, pour ouvrir et fermer celles-ci pour un certain rapport cy- clique en fonction du signal de sortie. Le rapport air-combus- tible est appauvri en distribuant de l'air de correction du mélange au carburateur avec un débit important, et le rapport air-combustible est enrichi en réduisant la distribution de l'air de correction. En se référant à la Fig.5 qui est un schéma synoptique montrant la réalisation du dispositif de commande 20, la sor- tie du capteur 19 de 2 est appliquée à un circuit de comman- de PI (proportionnel intégral) 31 par l'intermédiaire d'un comparateur 30, la sortie du circuit PI de commande 31 est appliquée à un comparateur 32; et un signal triangulaire provenant d'un générateur 33 d'impulsions triangulaires est appliqué au comparateur 32. Un circuit dtattaque 34 reçoit des impulsions carrées provenant du comparateur 32 pour ac- tionner les électrovannes 14, 15. Un générateur 35 de signal de maintien recevant la sor- tie du capteur 22 de pression négative produit des signaux de maintien lorsque la pression négative dans le conduit d'ad- mission 21 devient inférieure à une valeur prédéterminée pour une grande ouverture du papillon des gaz, et les envoie au circuit PI de commande 31 et à un circuit de commutation 37. Le capteur 23 de température d'eau est d'un type fournissant une mesure continue de la température de l'eau de refroidis- sement. Le signal de détection du capteur 23 est appliqué au circuit 31 de commande PI par l'intermédiaire d'un amplifica- teur 36 et du circuit 37 de commutation. La Fig. 6 est un schéma de circuit électrique du cir- cuit de commande représenté à la Fig.5. Le circuit 31 de com- mande PI est constitué par deux amplificateurs opérationnels OP2, OP3, un condensateur et des résistances qui sont agencés de façon à produire un signal de sortie d'intégration en pro- portion du signal d'entrée. Le générateur 35 de signal de maintien est constitué par des résistances R14, R15, R19, un transistor Tr2 et des interrupteurs analogiques ASW2, ASW3. L'interrupteur analogi- que ASW2 et la résistance R5 sont branchés entre l'entrée et la sortie du circuit de commande 31 en série. L'interrupteur analogique ASW3 et la résistance R19 sont reliés entre lten- trée et la sortie de l'amplificateur opérationnel OP2 en sé- rie. La sortie du capteur 22-de pression négative est reliée à la porte de commande d'un interrupteur analogique ASW1 (qui constitue le circuit de commutation 37) et à la porte de com- mande de l'interrupteur analogique ASW et est en outre re- liée à la base du transistor Tr2. Le collecteur du transistor Tr2 reçoit une tension et est également relié à la porte de commande de l'interrupteur analogique ASW2. On donnera ci-dessous une explication du fonctionnement du dispositif suivant l'invention. Une pression négative élevée règne dans le conduit d'admission. Le capteur 22 de pression négative produit un signal de niveau bas et les interrupteurs analogiques ASW, ASW3 sont coupés tandis que le transistor Tr2 est coupé et en cons'quen- ce ltinterrupteur analogique ASW2 est fermé. Le signal de sor- tie du capteur 19 de 2 est appliqué au comparateur 30, dans lequel le signal de sortie du capteur 19 de 02 est comparé à un signal standard qui correspond au rapport sto&chiométrique air-combustible pour évaluer le rapport air-combustible du mé- lange. La sortie du comparateur 30 est appliquée au circuit PI 31 de commande qui produit une sortie proportionnelle et intégrée. La sortie est comparée avec le signal triangulaire provenant du générateur 33 d'impulsions triangulaires, dans le comparateur 32, pour produire des impulsions carrées. Les impulsions carrées sont appliquées aux électrovannes 14, 15 par l'intermédiaire d'un circuit d'attaque 34.-Ainsi le rap- port air-combustible du mélange est commandé à la valeur stoéchiométrique. La température de l'eau de refroidissement est basse et la pression négative dans le conduit d'admission est basse: Lorsque le papillon 9 des gaz est complètement ouvert pour accélérer ou dans des conditions de conduite sous charge lourde, la pression négative dans le conduit d'admission 21 devient basse. Le capteur 22 de pression négative détecte de telles variations de la pression négative et produit un signal de niveau haut pour fermer les interrupteurs ASW1, ASW3 lors- que la pression négative tombe au-dessous de la valeur prédé- terminée. Simultanément le transistor Tr2 est rendu conducteur par le signal de niveau haut afin d'ouvrir l'interrupteur ASW2. Par conséquent l'amplificateur opérationnel OP2 ne rem- plit pas la fonction d'intégrateur, et de ce fait le circuit de commande 31 agit comme un simple amplificateur. Par ail- leurs, du fait que l'interrupteur analogique ASW1 est fermé, la sortie de l'amplificateur 36 est reliée à l'amplificateur opérationnel OP2. Ainsi l'amplificateur OP2 amplifie les sor- ties des capteurs 19 de 02 et 23 de la température de l'eau, et la sortie amplifiée est transmise au comparateur 32 pour produire des impulsions carrées. Par conséquent le rapport cy- clique des impulsions pour actionner les électrovannes 14, 15 est réglé par la température de l'eau, de sorte qu'un mélange air-combustible approprié est distribué au moteur. On décrira le fonctionnement du système en référence aux Fig. 7 et 8. Lorsque la température de l'eau est inférieure à T5 et que la pression négative est supérieure à une valeur pré- déterminée, le rapport cyclique est diminué jusqu'à une va- 249 1999 leur faible et varie avec la température. Dans une zone H qui est située à l'extérieur par rapport aux conditions précitées, la commande PI est effectuée. La forme carrée des impulsions au point de sortie S du circuit de commande 31 est représentée à la Fig. 8. Le rapport cyclique à basse température de l'eau entre C et G à la Fig. 7 varie comme P 1-P5. Ainsi lorsque la tempé- rature de l'eau est extrêmement basse le rapport cyclique di- minue de manière à distribuer au moteur 2 un mélange air-com- bustible extrêmement riche (rapport P1) et lorsque la tempé- rature de l'eau est élevée la concentration du mélange air- combustible est appauvrie (P2-P5). Suivant le dispositif de l'invention, en cas de basse température de l'eau et d'une pression négative faible (c'est à dire en accélération ou en conduite sous charge lourde) dans le conduit d'admission, la concentration du mélange ad- mis d'air et de combustible peut être corrigée jusqu'à une valeur appropriée en fonction de la température du moteur, de sorte que la souplesse de conduite à faible température du moteur est améliorée et la quantité de CO évacuée peut être diminuée. 249 1999 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif de commande du rapport air-combustible pour moteur à combustion interne comportant un conduit d'ad- mission, un carburateur, une électrovanne pour corriger le rapport aircombustible du mélange distribué au carburateur, un capteur de 02 pour capter la concentration en oxygène des gaz d'échappement, un circuit de commande à réaction sensible à la sortie dudit capteur de 2 pour produire un signal de sortie de commande pour actionner lesdites électrovannes afin de corriger le rapport air-combustible, caractérisé en ce qu' il comprend des premiers moyens 23 pour capter la température du moteur 2 afin de produire un signal de sortie qui varie avec la température, des seconds moyens 22 pour détecter le fonctionnement du moteur pour produire un signal de sortie lorsque le papillon 9 des gaz du moteur est largement ouvert, un premier interrupteur ASW1 sensible audit signal de sortie desdits seconds moyens 22 pour relier la sortie desdits pre- miers moyens 23 avec l'entrée du circuit 20 de commande à ré- action et un second interrupteur ASW3 sensible audit signal de sortie dudit second moyen 22 afin de rendre inactif le cir- cuit 20 de commande à réaction en tant que dispositif de com- mande à réaction et actif en tant que dispositif de commande pour produire une sortie ayant un rapport cyclique approprié pour fournir un mélange riche d'air et de combustible, ledit circuit de commande à réaction étant agencé de manière que ledit rapport cyclique varie afin d'augmenter le rapport air- combustible du mélange lorsque la température du moteur aug- mente. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit 20 de commande à réaction comprend un circuit proportionnel intégral 31, ledit second interrupteur ASW3 étant prévu pour rendre ledit circuit proportionnel in- tégral inactif en tant qufintégrateur et actif en tant qu'am- plificateur. 3 - Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens sont constitués par un capteur 23 de température de l'eau de refroidissement, lesdits seconds moyens étant constitués par un capteur 22 de pression négative actionné par la pression négative régnant dans-le conduit d'admission.