Brevet FR2492890A1 — publié le 19820430

La présente invention est relative à un dis- positif pour commander le rapport air/combustible pour un système de commande des émissions d'un moteur à com- bustion interne comportant un catalyseur à trois voies, et elle concerne plus particulièrement un dispositif qui commande efficacement le rapport air/combustible dans des conditions de fonctionnement transitoires du moteur d'un véhicule. Un tel dispositif est un dispositif de comman- de à réaction dans lequel il est prévu un capteur de 02 afin de détecter la teneur en oxygène des gaz d'échap- pement pour engendrer un signal électrique représentatif du rapport air/combustible du mélange distribué par un carburateur. Le dispositif de commande comprend un compa- rateur pour comparer le signal de sortie du capteur de 02 à une valeur prédéterminée, un circuit proportionnel in- tégral relié au comparateur, un circuit de puissance pour produire des impulsions carrées à partir du signal de sortie du circuit proportionnel intégral, et une vanne électromagnétique du type tout ou rien pour corriger le rapport air/combustible du mélange. Le comparateur évalue si le signal de réaction provenant du capteur de 2 est supérieur ou inférieur à une valeur prédéterminée de consigne qui correspond au rapport stoechiométrique air/combustible afin de produire un signal d'erreur- et le signal est intégré par le circuit proportionnel intégral afin de produire une sortie intégrée. La sortie intégrée est convertie en impulsions pour actionner la vanne électromagnétique afin de commander ainsi le rapport air/combustible du mélange. Dans un tel dispositif de commande, le gain de ce dispositif ne peut pas être choisi à une valeur assez grande pour empêcher un délassEment de la cowiande provoqué par un retard de commande du dispositif et pour empêcher une détérioration de la facilité de commande du véhicule lorsque le moteur fonctionne à régime constant. Cependant lorsque le moteur fonctionne au ralenti, le rapport air/combustible du mélange distribué au moteur tend à s'écarter d'une valeur initialement déterminée en fonction des conditions ambiantes, du kilométrage et d'autres facteurs. En conséquence, lorsque le fonctionnement du moteur varie et passe du ralenti à l'accélération ou à un fonctionnement à régime constant, le rapport air/ combustible s'écarte considérablement d'une valeur de consigne. De ce fait, il s'écoule un temps assez long avant que l'écart du rapport air/combustible aboutisse au rapport stoechiométrique, c'est-à-dire que la cortmana- de du rapport air/combustible jusqu'à la valeur stoechio- métrique est retardée. Le but de l'invention est de fournir un dis- positif de commande du rapport air/combustible qui puis- se ramener rapidement le rapport air/combustible à la valeur du rapport stoechiométrique sans retard,dans des conditions transitoires de fonctionnement du moteur. Dans le dispositif suivant l'invention, dans des conditions transitoires de fonctionnement du moteur, le gain du dispositif de commande est augmenté afin que ce dispositif puisse effectuer une commande rapide. L'invention a pour objet à cet effet un dis- positif de commande du rapport air/combustible pour un moteur à combustion interne comprenant un conduit d'ad- mission, un carburateur, un papillon des gaz, une vanne électromagnétique pour corriger le rapport air/combusti- ble du mélange distribué au carburateur, un capteur de 02 pour détecter la concentration en oxygène des gaz d'échap- pement, et un circuit de commande à réaction sensible à la sortie du capteur de 02 pour produire un signal de sortie de commande pour actionner la vanne électromagné- tique et corriger le rapport air/combustible, caractéri- sé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter le fonctionnement du moteur et pour produire un signal de sortie lorsque le papillon des gaz du moteur est ouvert à partir d'une position de fonctionnement au ralenti, un circuit de commande de gain sensible au signal de sortie des moyens de détection pour produire un signal de sortie pendant une période de temps prédéterminée, un interrupteur sensible au signal de sortie du circuit de commande de gain pour relier ou couper les organes du circuit de commande à réaction, grâce à quoi le gain du circuit de commande à réaction est accru. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours dela description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique d'un dis- positif de commande du rapport air/combustible; - la Fig. 2 est un schéma synoptique d'un cir- cuit de commande suivant l'invention; - la Fig.3 est un schéma de circuit électri- qeu auquel est appliqué l'invention; - la Fig. 4 est une vue en perspective mon- trant un capteur d'un état transitoire de fonctionnement du moteur; - la Fig. 5 est un diagramme montrant des si- gnaux du dispositif suivant l'invention. En se référant à la Fig. 1 qui montre schéma- tiquement le dispositif de commande du rapport air/com- bustible, la référence 1 désigne un carburateur prévu en amont d'un moteur 2, un conduit 8 d'air de correction qui communique avec un orifice 7 de mise à l'atmosphère qui est prévu dans un conduit principal 6 de combustible entre une chambre à flotteur 3 et un gicleur 5 dans un venturi 4. Un autre conduit 13 d'air de correction commu- nique avec un autre orifice 12 de mise à l'atmosphère qui est prévu dans un conduit 11 de combustible de ra- lenti qui diverge du 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 d'air de correction communiquent respectivement avec des électro- vannes 14, 15 du type tout ou rien dont les côtés d'ad- mission communiquent avec l'atmosphère par l'intermédiai- re d'un filtre à air 16. Il est prévu de plus un convertis- seur catalytique 18 à trois voies disposé dans un tuyau d'échappement 17 en aval du moteur, et un capteur 19 de 02 qui est prévu entre le moteur 2 et le convertisseur 18 afin de capter la concentration en oxygène des gaz d'échappemaient qui est représentative du rapport air/com- bustible du mélange brûlé dans les cylindres du moteur. Un capteur 20 d'un état transitoire de fonctionnement du moteur est prévu de façon à être actionné lorsque le papillon des gaz 9 est largement ouvert au-delà d'un de- gré d'ouverture prédéterminé. Un cirzcuit 21 de commande à réaction reçoit les sorties provenant des capteurs 19 et 20 et produit un signal de sortie pour actionner les électrovannes 14, qui sont- ouvertes et fermieées suivant le ran-rt cylioue oui varie en fonction du signal de sortie du circuit de commande à réaction. Le rapport air/combustible est appauvri en alimentant le carburateur en air de correc- tion avec un débit plus grand et le rapport air/combusti- ble est enrichi en diminuant l'alimentation en air de correction. En se référant à la Fig. 2 qui est un schéma synoptique du circuit de commande 21, la sortie du capteur 19 de 02 est appliquée à un circuit de commande 23 propor- tionnel intégral (PI) par l'intermédiaire d'un compara- teur 22; la sortie du circuit de commande PI23 est appli- quée à un comparateur 24 et un signal constitué par une impulsion triangulaire provenant d'un générateur 26 d'impulsion triangulaire est appliqué au comparateur 24 afin de produire des impulsions carrées. Le rapport cyclique des impulsions carrées varie en fonction du niveau de la sortie du circuit de commande PI23. Un circuit de puissance 25 reçoit les impulsions carrées provenant du comparateur 24 afin d'actionner les vannes électromagnétiques 14, 15 suivants les rapports cycliques des impulsions carrées pour commander le rapport air/com- bustible jusqu'à la valeur stoechiométrique. D'autre part, la sortie du capteur 20 d'état transitoire de fonctionnement est reliée à un circuit 27 de maintien de gain et à un circuit 28 de rétablissement. Les sor- ties du circuit 27 de maintien de gain et du circuit 28 de rétablissement sont reliées au circuit de comman- de ?I23 par l'intermédiaire d'un circuit 29 de modifica- tion de gain. En se référant à la Fig. 4, un arbre 31 du papillon des gaz 9 est monté rotatif dans un conduit 30 du carburateur 1. Un plateau 32 formant came et un levier 33 sont calés sur l'arbre 31. L'organe 34 d'arrêt de câble est fixé à l'extrémité du levier 33. Un câble métallique 35 d'accélérateur, relié à la pédale d'accélé- rateur, traverse un trou de l'organe d'arrêt 34, et un organe 36 de butée fixé sur l'extrémité du câble 35 est en contact avec l'organe d'arrêt 34. Un microcontact 38 qui constitue le capteur 20 d'état transitoire de fonc- tionnement du moteur est fixé sur un support 37 formé sur le conduit 30, et un levier 39 d'actionnement est en contact avec le plateau 32 formant came. La came 32 est agencée de telle sorte que lorsque le papillon 9 des gaz est en position de ferme- ture, le levier 39 est en contact dans une encoche 40 de la came afin de fermer le microcontact 38. En se référant à la Fig. 3 qui montre un exem- ple du dispositif suivant l'invention, la sortie du cap- teur 20 est reliée au circuit 27 de maintien de gain constitué par un multivibrateur monostable, et au cir- cuit de rétablissement 28. La sortie du circuit 27 est reliée à une borne de commande d'un interrupteur SW1 et à la base d'un transistor Tr2 dans le circuit 29. Le collecteur du transistor Tr2 est relié à une borne de commande d'un interrupteur SW2. L'interrupteur SW1 est relié à une résistance R14 et l'interrupteur SW2 est relié à une résistance R15 en parallèle, Le circuit de commande PI23 comprend des amplificateurs opérationnels OP2 et OP3,un condensateur C! et des résistances R3, R4, R6 et R7. Les autres circuits sont les mêmes qu'à la Fig. 2 et désignés par les mêmes références. En fonctionnement, lorsque le moteur fonction- ne au ralenti, le papillon des gaz 9 est fermé et le mi- crocontact 38 est fermé, de sorte que le capteur 20 ne produit pas de signal de sortie. La sortie du capteur 19 qui est représentative du rapport air/combustible du mélange est appliquée à un amplificateur opérationnel OP1 par l'intermédiaire d'une résistance R1 et comparée à une valeur de consigne déter- mince par une résistance variable R2' La sortie de l'am- plificateur opérationnel OP1 est intégrée et amplifiée par les amplificateurs opérationnels OP2 et OP3. La sor- tie de l'amplificateur OP3 est comparée à des impulsions triangulaires provenant du circuit 26 générateur d'impul- sions triangulaires dans le comparateur 24 de sorte que sont produites les impulsions carrées. Les impulsions carrées actionnent un transistor Tr1 du circuit de puis- sance 25 pour actionner les électrovannes 14 et 15. La plage "A" à la Fig. 5 montre un tel état de fonctionne- ment au ralenti. Lorsque la pédale d'accélérateur est enfoncée, le câble 35 est tiré afin d'ouvrir le papillon 9 des gaz. En même temps, le microcontact 38 est ouvert par la came 32. En conséquence, le circuit 27 produit une sortie de niveau haut pendant une période de temps "t" (Fig. 5). La sortie de niveau haut est appliquée à la borne de com- mande de l'interrupteur SW1 pour fermer le circuit et est appliquée à la base du transistor TR2 pour rendre celui- ci conducteur, provoquant l'ouverture de l'interrupteur SW2. Ainsi le gain du circuit de commande PI23 augmente de sorte que la sortie du circuit augmente comme repré- senté par "B" à la Fig. 5. Par suite le rapport cyclique des impulsions carrées produites par le comparateur 24 1o varie jusqu'à une valeur plus grande que -'our le fonctionne- ment au ralenti, de sorte que l'écart du rapport air/ combustible peut être ramené rapidement à la valeur stoechiométrique pendant la période de temps "t". Après le temps "t", la sortie du circuit 27 passe à un niveau bas. En conséquence, les interrupteurs SW1 et SW2 reviennent à leur état normal et de ce fait la sortie du circuit de commande PI revient à un état normal comme représenté par "C" à la Fig. 5. Lorsque le papillon 9 des gaz est fermé dans la période de temps "t" le microcontact 38 se ferme. Ainsi la sortie du circuit 27 de maintien de gain est modifiée pour passer à un niveau bas par le circuit,entre le cir- cuit 28 de rétablissement et le microcontact 38. La sortie du circuit de commande PI revient ainsi à la condition normale. On comprend que grâce à l'invention, la varia- tion de la concentration des gaz d'échappement dans des conditions transitoires après un fonctionnement au ralenti peut être rapidement commandée jusqu'à la valeur stoechio- métrique du rapport air/combustible. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande du rapport air/ combustible pour moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission, un carburateur, un papillon des gaz, une électrovanne pour corriger le rapport air/com- bustible du mélange air/combustible distribué au carbura- teur, un capteur de 02 pour détecter la concentration en oxygène des gaz d'échappement, et un circuit de commande à réaction sensible à la sortie dudit capteur de 02 afin de produire un signal de sortie de commande afin d'action- 1Q ner ladite électrovanne pour corriger le rapport air/com- bustible, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20) pour détecter les conditions de fonctionnement du moteur et pour produire un signal de sortie lorsque le papillon des gaz (9) du moteur est ouvert à partir d'une position de fonctionnenent au ralenti, un circuit de camande de gain sensible audit signal de sortie desdits moyens de détection (20) afin de produire un signal de sortie pendant une période de temps prédéterninée, des interrupteurs (5W1, DW2) sensibles au- dit signal de sortie dudit circuit de commande de gain afin de relier et de couper les organes dans ledit circuit de commande à réaction (21), grâce à quoi le gain dudit circuit de commande à réaction augmente. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit (21) de commande à réaction comprend un circuit proportionnel intégral (23), lesdits interrupteurs étant prévus pour augmenter le gain dudit circuit proportionnel intégral.