Brevet FR2494774A1 — publié le 19820528

La présente invention est relative à un dispositif de commande du rapport air-combustible pour moteur à combustion interne, qui commande le rapport air-combustible de ce mélange jusqu'à une valeur qui est approximativement celle du rapport stoéchiométrique pour laquelle un dispositif catalytique à trois voies a le meilleur rendement, et elle concerne plus parti- culièrement un dispositif de commande du rapport air- combustible qui est capable de réduire la teneur des gaz d'échappement en produits nocifs et d'améliorer la souplesse de conduite en montagne en maintenant le rapport air-combustible à une valeur prédéterminée. Dans un dispositif classique de commande du rapport air-combustible, le rapport air-combustible du mélange qui est brlé dans les cylindres du moteur est détecté sous la forme de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement, au moyen d'un capteur de 2 qui est prévu dans le dispositif d'échappement du moteur, et on évalue au moyen d'un signal de sortie du capteur de 02 si le rapport du mélange air-combustible est plus riche ou plus pauvre que la valeur stoéchiométrique afin de produire un signal de commande. Le signal de commande est changé en impulsions qui actionnent une vanne électromagnétique (électrovanne).afin de régler le débit de l'air devant être introduit dahsle mélange. Ainsi le rapport aircombustible est réglé à la valeur du rapport stoéchiométrique pour laquelle un dispositif catalytique à trois voies présente le meilleur rendement. Dans un tel dispositif de commande, lorsque le papillon des gaz du moteur est complètement ouvert sous pleine charge du moteur, la commande à réaction, qui est fonction du signal fourni par le capteur de 2' est arrêtée et le signal de commande est fixé à une valeur prédéterminée par un dispositif d'enrichissement de telle sorte que la correction du débit de l'air est maintenue à une valeur lrédéteririnée afin d'enrichir le mélange air-combustible pour aIélio- - 2 - rer la souplesse de conduite. Du fait que le rapport air- combustible est maintenu à une valeur prédéterminée, le mélange se trouve enrichi de 'façon- nlus imnortante lors- que le véhicule circule dans de l'air raréfié en montagne. La Fig. 8 montre les variations des signaux de commande. La référence A est le signal de commande à basse altitude et la référence B est le signal de commande maintenu à une valeur prédéterminée sous forte charge. A haute altitude, le signal de commande est modifié en C en raison de la faible densité de l'air, et le signal de commande est changé en D qui a la même valeur que B à basse altitude par le dispositif d'enri- chissement. En conséquence, l'invention vise à fournir un dispositif de commande du rapport air-combustible comprenant un détecteur d'altitude pour détecter une faible densité de l'air à haute altitude et comportant un système de commande qui règle le signal de commande à une valeur appropriée pour une charge élevée du moteur, afin d'améliorer la souplesse de conduite d'un véhicule. 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 une vue schématique du dispo- sitif de commande du rapport air-combustible suivant l'invention; la Fig. 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation du circuit de commande suivant l'invention; la Fig. 3 est un schéma du circuit de commande représenté à la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue en coupe montrant l'intérieur d'un détecteur de dépression; la Fig. 5 est une vue en coupe montrant l'intérieur d'un détecteur d'altitude; la Fig. 6 est un diagramme montrant la variation du signal de commande suivant le mode de - 3 réalisation de l'invention; la Fig. 7 est un schéma de circuit électrique montrant une variante du dispositif suivant l'invention,et la Fig. 8 est un diagramme montrant la variation du signal de commande dans un dispositif classique de commande du rapport air-combustible. En se référant au dessin et notamment à la Fig. 1 qui montre schématiquement le dispositif de commande du rapport air-combustible, la référence 1 désigne un carburateur monté en amont d'un moteur 2, un conduit 8 d'air de correction, communiquant avec un orifice 7 de mise à l'atmosphère, étant prévu dans un conduit principal 6 de combustible entre une chambre à flotteur 3 et un gicleur 5 disposé dans un venturi 4. Un autre conduit 13 d'air de correction communique avec un autre orifice 12 de mise à l'atmosphère qui est prévu dans un conduit 11 de combustible de ralenti qui constitue une branche du conduit principal de combustible 6 et s'étend j\lsqu'à un orifice 10 de ralenti débouchant au voisinage d'un papillon des gaz 9. Ces conduits 8 et 13 d'air de correction communiquent avec des électrovannes. 14, 15 du type tout ou rien dont les c8tés admission communiquent avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. En outre un convertisseur catalytique 18 à trois voies est prévu dans une tubulure d'échappement 17 en aval du moteur, et un capteur 19 de 02 est prévu entre le moteur 2 et le convertisseur 18 afin de détecter la concentration en oxygène des gaz d'échappement, représentative du rapport air-combustible du mélange brlé dans les cylindres du moteur. Un détecteur 20 de dépression est prévu en aval du papillon des gaz 9 afin de détecter la dépression régnant dans le conduit d'admission d'air, et un détecteur 21 d'altitude est-prévu pour détecter l'altitude du lieu o le véhicule se déplace. Les signaux de sortie provenant de ces détecteurs 19, 20, 21 sont -4- appliqués à un circuit de commande 22 qui produit un signal de sortie pour actionner les électrovannes 14, afin de les ouvrir et les fermer suivant des rapports de service variables en fonction des signaux de sortie des capteurs 19, 20, 21. Ainsi une grande quantité d'air est envoyée au système de combustible par l'intermédiaire des conduits d'air de correction 8, 13 afin de produire un mélange air- combustible pauvre, ou encore une faible quantité d'air est envoyée pour enrichir le mélange air-combustible. La Fig. 2 montre l'agencement du circuit de commande 22. La sortie du capteur 19 de 02 est appliquée à un circuit de commande 24 proportionnel intégral (PI) par l'intermédiaire d'un comparateur 23. La sortie du circuit de commande PI 24 est appliquée à-un autre comparateur 25. Le comparateur 25 compare la sortie du circuit PI 24 à des impulsions triangulaires provenant d'un générateur 26 d'impulsions triangulaires et produit des impulsions résultant de la comparaison pour action- ner les électrovannes 14, 15. La sortie du détecteur 20 de dépression est appliquée à un circuit d'arrêt 27 et à un circuit 28 de maintien d'une tension prédéterminée, le circuit d'arrêt 27 envoyant un signal d'arrêt au comparateur 23, et le. circuit 28 de maintien envoyant un signal de maintien au circuit PI 24. La sortie du détecteur 21 d'altitude est appliquée à un circuit 29 de modification de la tension prédéterminée qui applique un signal au circuit de maintien 28 afin de modifier la tension prédéterminée de ce dernier. La Fig. 3 est un schéma du circuit de commande de la Fig. 2, dans lequel les mêmes composants sont désignés par les mêmes références qu'à la Fig. 2. La Fig. 4 montre de façon détaillée le détecteur 20 de dépression; Un corps cylindrique creux 30 est fermé de façon étanche à l'air au moyen d'une membrane 31 de manière à délimiter une chambre 32 à pression et une chambre 33 de commutation. La chambre 32 à pression communique avec les conduits d'admission d'air du carburateur 1 et la chambre de commutation 33 communique avec l'atmosphère. Un organe d'actionnement 35 est disposé entre la membrane 31 et un ressort hélicoidal 34 qui est disposé dans la chambre à pression 32. La chambre 33 de commutation est pourvue- d'un micro-interrupteur 36 qui est actionné par la membrane 31. Conformément aux caractéristiques du détecteur 20 de dépression, la différence de pression entre la chambre à pression 32 et la chambre de commutation 33 est faible lorsque le vide régnant dans le conduit d'admission est faible (c'est-à-dire lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée), de sorte que le ressort hélicoldal 34 presse l'organe d'actionnement 35 pour fermer le micro-interrupteur 36. Par ailleurs, lorsque le vide est élevé (c'est-à-dire lorsque la pédale d'accélération est relâchée), la différence de pression est grande, de sorte que le ressort hélicoïdal 34 est comprimé par la membrane 31, ouvrant le micro-interrupteur 36. La Fig. 5 montre de façon détaillée le détecteur 21 d'altitude. Un bottier creux 37 fait d'une feuille métallique comporte un organe de retenue 38 fixé à l'une de ses extrémités et contient un soufflet 39 ayant un axe 40 de support à une extrémité. L'axe de support 40 est introduit de façon coulissante dans-cet organe 38 et une vis 41 de réglage est vissée dans l'extrémité-opposée de cet organe. Une vis d'arrêt et de fixation 42 est également vissée dans l'organe de retenue 38 à angle droit avec l'axe 40. Le-soufflet 39, fait d'une feuille métallique ondulée, se dilate ou se rétracte lorsque la pression atmosphérique varie. Une tige 43 qui fait saillie à travers une ouverture 45 formée au centre d'une cloison 44 prévue dans le bottier 37 est fixée sur -6- l'autre extrémité du soufflet 39. En outre une plaque 46 est prévue au voisinage de la cloison 44 dans le bottier 37 et comporte un micro-interrupteur 47 dont un organe d'actionnement 48 est disposé en butée contre la tige 43. Une ouverture 49 est formée dans le bottier 37 pour assurer la communication entre l'inté- rieur du boiter et l'atmosphère. On décrira maintenant ci-dessous le fonc- tionnement du dispositif suivant l'invention. Véhicule circulant en plaine. En se référant aux Fig. 2 et 3, un amplificateur opérationnel OP1 monté dans le compara- teur 23 compare la sortie du capteur 19 de 02 corres- pondant au rapport air-combustible du mélange envoyé au moteur avec une tension standard appliquée par l'in- termédiaire de résistances R2, Rj0, et envoie un signal de sortie au circuit de commande proportionnel intégral 24. Le circuit de commande PI 24 assure l'intégration de l'entrée provenant du comparateur 23 et envoie le résultat de l'opération au comparateur 25. Le compa- rateur 25 compare l'entrée à des ondes triangulaires provenant du générateur 26 d'impulsions triangulaires afin de produire des impulsions carrées. Les impulsions carrées rendent conducteur et coupent un transistor Tr1 de sorte que les électrovannes 14i 15 sont actionnées et que l'opération de commande à réaction est effectuée de manière à ramener le rapport air-combustible du mélange envoyé au moteur à la valeur stoéchiométrique. Le signal de commande provenant du circuit de commande PI 24 prend la forme a à la Fig. 6. Lorsque le papillon 9 des gaz est largement ou presqu'entièrement ouvert pour un fonctionnement sous charge élevée, le détecteur de dépression détecte la variation de charge du moteur sous la forme d'lune variation de la dépression dans le conduit d'admission et applique un signal à une valeur prédéterminée au circuit d'arrêt 27 et au - 7 - circuit de maintien 28. Le circuit d'arrêt 27 arrête alors l'opération de commande du circuit de commande PI 24, maintenant la sortie dans la région relativement riche. La sortie est représentée par b à la Fig. 6. On expliquera maintenant le fonctionnement en se référant à la Fig. 3 de façon détaillée. En cours de fonctionnement ordinaire de la commande à réaction, le détecteur 20 de dépression est en service; des interrupteurs analogiques.SW2, SW4 sont fermés, des interrupteurs analogiques SW3, SW5 sont ouverts. Lorsque le moteur 2 supporte une charge élevée, le détecteur 20 de dépression est coupé, la borne du détecteur 20 produit un signal de niveau haut pour refermer les interrupteurs analogiques SW3, SW5 et pour simultanément rendre conducteur un transistor Tr2. Ainsi la résistance R2 est mise en court-circuit et aucune tension standard n'est appliquée à l'amplifi- cateur opérationnel OP1 du comparateur 23 pour arrêter l'opération de comparaison. Le fait de rendre conducteur le transistor Tr2 provoque l'ouverture des interrupteurs analogiques SW2, SW4, pour arrêter le fonctionnement du circuit de commande 24 en tant que circuit proportionnel intégral, ce circuit servant alors seulement d'amplificateur. Une tension prédéterminée divisée par des résistances R16 et R18 est appliquée à un amplificateur opérationnel OP2, de sorte que le circuit de commande PI 24 produit une sortie fixe d'une tension prédéterminée. Ainsi les électrovannes 14, 15 sont actionnées suivant un 3.0 rapport de service fixé, de sorte que le rapport air- combustible du mélange est maintenu à une valeur prédéterminée. Véhicule se déplaçant en montagne. Lorsque la pression atmosphérique baisse, lors d'une conduite en montagne, le détecteur 21 d'altitude produit un signal de niveau haut pour fermer 8- un interrupteur analogique SW Par conséquent les résistances R16 et R17 sont reliées en parallèle à la source d'alimentation en tension, produisant une faible résistance composite et par suite la tension obtenue appliquée à l'amplificateur opérationnel OP2 par l'intermédiaire de l'interrupteur analogique SW5 augmente. Dans des conditions normales de conduite, le circuit de commande proportionnel intégral 24 actionne les électrovannes 14, 15 pour commander le rapport air-combustible comme décrit plus haut. Le signal de commande provenant du circuit PI 24 est re- présenté à la Fig. 6 par la courbe c qui indique que le mélange est réglé vers la région pauvre en raison de la raréfaction de l'air en montagne. - Dans des conditions de charge élevée du moteur, le détecteur 21 d'altitude actionne le circuit 29 de modification de la tension prédéterminée pour envoyer un signal de tension plus élevée à l'amplifi- cateur opérationnel OP2, qui modifie la valeur pré- déterminée de sorte que le signal de commande du circuit PI 24 est maintenu dans une région plus pauvre que celle maintenue tandis que le véhicule circule en plaine. La sortie de commande du circuit PI 24 est désignée par d à la Fig. 6. La Fig. 7 montre une variante du dispositif suivant l'invention. Le détecteur 21- d'altitude déplace le curseur d'une résistance variable R17 en fqnction de l'altitude (variation de pression). Une telle variation d'altitude est appliquée sous la forme d'une variation de tension à un amplificateur opération- nel OP6 dont la tension de sortie est à son tour appliquée à l'amplificateur opérationnel OP2 du circuit de commande PI 24-. En conséquence, il est possible de modifier le niveau de maintien du signal de commande en -9- analogie avec la variation d'altitude, ou en d'autres termes, avec la densité réelle de l'air. Il ressort de ce qui précède que, sous charge élevée du moteur, le fonctionnement du circuit de commande à réaction est arr8té en tant que tel et produit un signal de commande d'une valeur prédéterminée. En outre dans le cas o un véhicule circule en montagne, en air raréfié, le signal de commande est modifé pour envoyer une grande quantité d'air au carburateur de sorte que l'on peut parvenir à empêcher l'obtention d'un rapport air-combustible trop élevé dans le mélange, ainsi qu'à obtenir une amélioration de la souplesse de conduite et une réduction des émissions de CO et de HC. REVENDICATIONS - 1. Dispositif de commande du rapport air- combustible pour un véhicule actionné par un moteur à combustion interne comprenant un conduit d'admission, un carburateur, une électrovanne pour corriger le rapport air-combustible du mélange envoyé au carburateur, un capteur de 2 pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement, et un circuit de commande à réaction sensible à la sortie dudit capteur de 02 pour produire un signal de sortie de commande en vue d'actionner ladite électrovanne afin de corriger le rapport air- combustible, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de détection (20) pour détecter le fonctionnement du moteur et pour produire un signal de sortie lorsque la charge du moteur excède une valeur prédéterminée, des seconds moyens de détection (21) pour détecter l'altitude du lieu o circule le véhicule, un circuit (28) d'appli- cation de tension pour appliquer une tension prédé- terminée à l'entrée du circuit de commande à réaction, un premier interrupteur sensible au signal de sortie desdits premiers moyens de détection (20) afin de con- necter la sortie du circuit (28) d'application de tension à l'entrée du circuit de commande à réaction et pour rendre ce dernier inactif en tant que dispositif de commande à réaction, et un second interrupteur sensible au signal de sortie desdits seconds moyens de détection (21) afin de modifier la tension du circuit (28) d'ap- plication de tension jusqu'à une valeur appropriée pour envoyer une grande quantité d'air au carburateur. 2. Dispositif de commande suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de détection (20) sont constitués par un détecteur de dépression sensible à la dépression régnant dans le conduit d'admission. - - 11 - 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de détection (21) comprennent un soufflet(39) sensible à la différence de pression entre la pression régnant dans le soufflet et la pression atmosphérique.