Brevet FR2492889A1 — publié le 19820430

La présente invention est relative à un dispositif pour commander le rapport air-combustible, destiné à un sys- tème de commande des émissions d'un moteur à combustion inter- ne comportant un catalyseur î trois voies, et elle concerne plus particulièrement un dispositif adapté pour commander ef- ficacement le rapport air--combustible lors de l'accélération d'un moteur d'un véhicule. Un tel dispositif est un dispositif de commande A réaction dans lequel est prévu un capteur de 2 pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement afin d'engendrer un signal électrique constituant une indication du rapport air- combustible du mélange air-combustible distribué par le carbu- rateur. Le dispositif de commande comprend un comparateur pour comparer le signal de sortie du capteur de 2 à une valeur pré- déterminée, un circuit proportionnel-intégral relié au compara- teur, un circuit de commande pour produire des impulsions car- rées à partir du signal de sortie du circuit proportionnel- intégral, et une électro-vanne du type tout ou rien pour corri- ger le rapport air-combustible du mélange. Le comparateur évalue si le signal de réaction du capteur de 2 est supérieur ou in- férieur à une valeur prédéterminée de référence 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 commander l'électrovanne du type tout ou rien afin de déterminer ainsi le rapport air-combustible du mélange. Dans un tel dispositif de commande, la commande à réaction n'est pas assurée en accélération rapide lorsque le moteur fonctionne avec le papillon des gaz largement ouvert, et un train d'impulsions ayant un rapport cyclique prédétermi- né est produit pour fournir un mélange air-combustible riche pour assurer l'accélération rapide. Lorsque l'accélération prend fin et que le papillon revient dans un état d'étrangle- ment partiel, le fonctionnement de la commande à réaction agit de nouveau. Lorsque le fonctionnement de la commande à réac- tion reprend le circuit intégrateur commence à intégrer le signal d'entrée à partir de la valeur minimale qui a été dé- terminée dans le circuit. En conséquence une période de temps plus longue que dans les conditions normales de commande s'é- coule jusqu'à ce que la valeur intégrée atteigne une valeur suffisante pour réduire la richesse du mélange air-combustible pendant l'accélération et la faire diminuer jusqu'à l'obten- tion d'un mélange pauvre. Par suite, la commande du rapport air-combustible à la valeur stoechiométrique est retardée. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande du rapport air-combustible, qui soit adapté pour commander rapidement le rapport aircombustible jusqu'à la valeur stoéchiométrique sans retard après que le papillon des gaz se soit ouvert en grand. Dans le dispositif suivant l'in- vention, lorsque le papillon des gaz est largement ouvert, la sortie du circuit de commande proportionnel-intégral (rapport- cyclique) immédiatement avant que le papillon des gaz soit ou- vert en grand est mis en mémoire, et la commande du rapport aircombustible commence à la valeur de la sortie mémorisée, après le fonctionnement avec le papillon des gaz largement ou- vert. L'invention a pour objet un dispositif de commande du rapport air-combustible pour moteur à combustion interne com- prenant un conduit d'admission, un carburateur, une électro- vanne pour corriger le rapport air-combustible du mélange dis- tribué au carburateur, un capteur de 02 pour détecter la con- centration en oxygène des gaz d'échappement, 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 lVé- lectrovanne afin de corriger le rapport air-combustible, dis- positif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour dé- tecter le fonctionnement du moteur et pour produire un signal de sortie lorsque le papillon des gaz du moteur est largement ouvert, des moyens de mise en mémoire pour mettre en mémoire une valeur qui correspond à la sortie de commande du circuit de commande à réaction, des moyens pour appliquer une tension prédéterminée au circuit de commande à réaction, un premier circuit interrupteur sensible au signal de sortie desdits moyens de détection pour relier la sortie des moyens d'appli- cation de tension à l'entrée du circuit de commande à réaction et pour couper l'entrée des moyens de mise en mémoire pour conserver le contenu emmagasiné et un second circuit interrup- teur sensible au signal de sortie des moyens de détection pour rendre le circuit de commande à réaction inactif en tant que tel et actif pour la tension d'entrée provenant desdits moyens d'application de tension, de sorte que le circuit de commande à réaction fonctionne de nouveau avec le contenu emmagasiné dans lesdits moyens de mise en mémoire après le fonctionnement en position de grande ouverture du papillon des gaz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'e- xemples et dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif de commande du rapport air-combustible; - la Fig. 2 est un schéma synoptique d'un circuit de commande suivant l'invention; - la Fig. 3 est un schéma de circuit électrique au- quel est appliquée l'invention; - la Fig. 4 est un diagramme montrant les signaux du dispositif représenté à la Fig. 3. Sur la Fig. 1 qui montre schématiquement le disposi- tif de commande du rapport air-combustible, un carburateur 1 est monté en amont d'un moteur 2, un conduit 8 de correction d'air communiquant 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 de correction d'air communique avec un autre orifice 12 de mise à l'atmosphère qui est prévu dans un conduit 11 de combustible de ralenti qui s'écarte du con- duit principal 6 et s'étend jusqu'â un orifice 10 de ralenti débouchant au voisinage du papillon des gaz 9. Ces conduits 8 et 13 de correction d'air sont en communication avec des électro-vannes 14, 15, dont les côtés admission sont en com- munication avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Il est en outre prévu dans une tubulure dtéchappe- ment 17, du c8té aval du moteur, un convertisseur catalytique 18 à trois voies, et un capteur 19-de 02 est prévu entre le moteur 2 et le convertisseur 18 afin de détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement, grandeur qui est représentative du rapport air-combustible du mélange br lé dans le cylindre du moteur. Un capteur 20 d'ouverture du papillon des gaz est prévu de façon à être actionné lorsque le moteur fonctionne avec le papillon des gaz largement ouvert. Un circuit 21 de commande à réaction reçoit des sor- ties provenant des capteurs 19 et 20 et produit un signal de sortie pour actionner les électro-vannes 14, 15, pour les ou- vrir et les fermer en faisant varier le rapport cyclique en fonction du signaI de sortie. Le rapport air-combustible est apauvri en fournissant de l'air de correction au carburateur avec un débit important et le rapport air-combustible est en- richi en réduisant l'alimentation en air de correction. On se référera maintenant à la Fig.2 qui est un sché- ma synoptique du circuit de commande 21 dans lequel la sortie du capteur 19 de 02 est appliquée à un circuit de commande 23 proportionnel intégral par ltintermédiaire d'un comparateur 22, la sortie du circuit 23 est appliquée à un comparateur 25 par l'intermédiaire d'un circuit de commutation 24, et un signal constitué par une impulsion triangulaire provenant d'un géné- rateur 28 d'impulsions triangulaires est appliqué au compara- teur 25 pour produire des impulsions carrées. Le rapport cy- clique des impulsions carrées varie en fonction du niveau de la sortie du circuit 23. Un circuit 26 reçoit les impulsions carrées provenant du comparateur 25 pour actionner les élec- tro-vannes 14, 15 avec le rapport cyclique des impulsions car- rées afin de commander le rapport air-combustible jusqu'à la valeur stoéchiométrique. Un circuit 27 d'alimentation a rap- port cyclique fixe est relié au circuit de commutation 24. Le signal du capteur 20 de position du papillon des gaz est ap- pliqué à un circuit 29 d'évaluation d'accélération. Les sorties du circuit 29 d'évaluation d'accélération sont reliées à un circuit à retard 30 et à un circuit de rétablissement 34. Le circuit à retard 30 est relié à un circuit 32 de mise en mé- moire par l'intermédiaire d'un circuit 31 de temporisation. Lorsque le capteur 20 détecte une position de grande ouverture du papillon des gaz, le circuit d'évaluation 29 pro- duit un signal de sortie qui est appliqué avec un retard au circuit 32 de mise en mémoire par l'intermédiaire du circuit à retard 30 et du circuit temporisateur 31. En fonction du signal; le circuit de mise en mémoire met en mémoire la sortie du cir- cuit de commande 23. Par ailleurs, le circuit de temporisation 31 envoie un signal au circuit de commutation 24, de sorte que le signal provenant du circuit 23 de commande est coupé et que le signal ayant un rapport cyclique constant provenant du cir- cuit 27 d'alimentation à rapport cyclique fixe est appliqué au comparateur 25. Ainsi les électro-vannes 14 et 15 sont action- nées avec un rapport cyclique constant afin de distribuer ainsi au moteur un mélange riche d'air et de combustible. Lorsque le circuit 29 d'évaluation de l'accélération détecte la fin de l'accélération et produit une sortie qui est appliquée au circuit de rétablissement 34, ce circuit envoie un signal d'une part à un circuit 33 établissant un niveau de commencement de commande et d'autre part au circuit de commuta- tion 24 qui coupe le signal provenant du circuit 27 et relie la ô sortie du circuit de commande 23 au comparateur 25. Le circuit 33 envoie un signal au circuit 23 qui est fonction du signal mémorisé dans le circuit 32 de mise en mémoire. Ainsi la com- mande à réaction commence à la valeur du rapport cyclique établie avant que le moteur fonctionne avec le papillon des gaz largement ouvert. En se référant à la Fig.3 qui montre un exemple du dispositif suivant l'invention, la sortie du capteur 20 de po- sition du papillon des gaz est reliée au circuit 29 évaluateur d'accélération qui fonctionne également comme circuit à retard et comme circuit temporisateur 31. La sortie du circuit 29 est reliée à des bornes de commande des circuits interrupteurs SW2, SW4 et à la base d'un transistor Tr2. Le collecteur du transistor Tr2 est relié à des bornes de commande des circuits interrupteurs SW1 et SW3. La tension d'alimentation, constituée par une source de tension à rapport cyclique constant est di- visée par des résistances R16 et R17 et appliquée à l'entrée du circuit de commande 23 par l'intermédiaire du circuit inter- rupteur SW4 et de la résistance R15. Le circuit de commande 23 comprend des amplificateurs opérationnels OP2 et OPUS un con- densateur C1 et des résistances R4, R5, R6,R7 et R14- Le con- densateur C1 agit également comme mémoire. Les autres circuits sont les mêmes que ceux de la Fig.2 et désignés par les mêmes références. En fonctionnement, la sortie du capteur 19 de 2 cor- respondant au rapport air-combustible du mélange est appliquée à l'amplificateur opérationnel OP1 par l'intermédiaire d'une résistance R1 et est comparée à une valeur de consigne détermi- née par une résistance variable R La sortie de l'amplifica- teur opérationnel OP1 est intégrée et amplifiée par les ampli-- ficateurs opérationnels OP2 et OP3. La sortie de l'amplifica- teur opérationnel OP3 est comparée avec des impulsions trian- gulaires provenant du circuit 28 générateur d'impulsions trian- gulaires, dans le comparateur 25, de manière à produire des im- pulsions carrées. Les impulsions carrées actionnent un tran- sistor Tr1 du circuit de commande 26 pour actionner les élec- tro-vannes 14 et 15. La plage "A" de la Fig.4 montre un tel état constant. Lorsqu'un fonctionnement avec le papillon des gaz largement ouvert est détecté par le capteur 20 de position du papillon des gaz, le circuit 29 qui évalue l'accélération pro- duit une sortie de niveau haut avec un temps de retard T (Fig. 4B). La sortie de niveau haut est appliquée aux portes de com- mande des circuits interrupteurs SW4 et SW2 pour fermer Ces circuits et appliquer cette sortie de niveau haut à la base du transistor Tr2 pour le rendre conducteur, ouvrant les circuits interrupteurs SW1 et SW3. Ainsi l'amplificateur opérationnel OP2 ne fonctionne plus en tant qu'intégrateur et le circuit de commande proportionnel intégral 23 agit comme un simple ampli- ficateur. A cet instant la tension intégrée, qui correspond à la sortie du circuit de commande 23 et de ce fait au rapport cyclique de l'impulsion provenant du comparateur 25, est emma- gasinée dans le condensateur C1. La tension divisée par les résistances R16 et R17 est appliquée à l'amplificateur opéra- tionnel OP2 par l'intermédiaire du circuit interrupteur SW4, de sorte que la sortie du circuit de commande 23 est maintenue à une tension constante. Ainsi le rapport cyclique des impul- sions carrées produites par le comparateur 25 est fixé à une valeur prédéterminée (Fig.4C). Le rapport cyclique est choisi avec une valeur suffisante pour assurer une accélération ra- pide du moteur. Lorsque le fonctionnement du moteur avec le papillon en position largement ouverte cesse, la sortie du circuit 29 d'évaluation d'accélération passe à un niveau bas. Ainsi les circuits interrupteurs SW2 et SW4 sont ouverts et les circuits interrupteurs SW1 et SW3 sont fermés. En conséquence, le cir- 1 3 cuit de commande 23 agit de nouveau en tant qu'intégrateur et la tension de sortie de celui-ci augmente depuis la valeur fonc- tion de la tension emmagasinée dans le condensateur Cl (Fig.4D). La Fig.4 montre la relation entre les sorties du circuit de commande 23 avant et après le fonctionnement avec le papillon des gaz largement ouvert. Il ressort du diagramme que le cir- cuit de commande à réaction agit de nouveau sans retard après le fonctionnement avec le papillon des gaz en position large- ment ouverte. Ainsi suivant l'invention la variation de la concen- tration en gaz d'échappement au cours du fonctionnement avec le papillon des gaz en position largement ouverte, peut être commandée rapidement jusqu'à la valeur stoechiométrique du rap- port air-combustible. Bien que le mode de réalisation représenté à la Fig.3 soit composé d'éléments de circuit analogiques, le dispositif suivant l'invention peut être formé d'un système à micro-cal- culateur. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Dispositif de commande du rapport air-combusti- ble pour moteur à combustion interne comportant un conduit d'admission, un carburateur, une électro-vanne (14, 15) pour corriger le rapport aircombustible du mélange distribué au carburateur, et un capteur 19 de 02 pour détecter la concen- tration 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 pour actionner ladite électro-vanne afin de corriger le rapport air-combusti- ble, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens(20) pour détecter le fonctionnement du moteur et pour produire un signal de sortie lorsque le papillon des gaz du moteur est largement ouvert, des moyens (32) de mise en mémoire pour mettre en mémoire une valeur qui correspond à la sortie de commande du circuit de commande à réaction (21), des moyens (27) pour appliquer une tension prédéterminée au circuit de commande à réaction, un premier circuit interrupteur sensible au signal de sortie desdits moyens de détection pour relier la sortie des moyens d'application de tension à l'entrée du circuit de commande à réaction et pour couper l'entrée des moyens (32) de mise en mémoire pour conserver le contenu emmagasiné et un second circuit interrupteur sensible au signal de sortie des moyens de détection pour rendre le circuit de commande à réac- tion inactif en tant que tel et actif pour la tension d'en- trée provenant desdits moyens d'application de tension, de sorte que le circuit de commande à réaction fonctionne de nou- veau avec le contenu emmagasiné dans lesdits moyens de mise en mémoire après le fonctionnement en position de grande ou- verture du papillon des gaz. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit (21) de commande à réaction com- prend un circuit proportionnel-intégral (23) et en ce que le- dit second circuit interrupteur est agencé de façon à inhiber le fonctionnement dudit circuit proportionnel-intégral en tant qu'intégrateur et à le maintenir en tant qu'amplificateur. 3 - Dispositif de commande suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens(32) de mise en mémoire sont constitués par un condensateur dans ledit intégrateur.