Brevet FR2500068A1 — publié le 19820820

La présente invention est relative à un système de commande du rapport air-combustible pour moteur à combus- tion interne, qui commande le rapport d'air et de combusti- ble du mélange à une valeur qui est approximativement la va- leur stoéchiométrique pour laquelle un catalyseur à trois voies présente le meilleur rendement. Dans un système classique de commandedi rapport air-combustible, le rapport du mélange brûilé dans les cylin- dres du moteur est capté sous la forme de la teneur en oxy- gène des gaz d'échappement, au moyen d'un capteur de 02 qui est prévu dans la tubulure d'échappement du moteur, en amont d'un convertisseur catalytique, et un comparateur compare le signal de sortie du capteur de 02 à une valeur de référence qui est appliquée par un circuit détecteur de valeur moyen- ne et produit une sortie qui indique si le signal est supé- rieur ou inférieur à la valeur de référence correspondant au rapport stoéchiométrique. Une électro-vanne est action- née en fonction de la sortie afin de régler ladquantité d'air devant être ajoutée au mélange afin d'atteindre le rapport stoéchiométrique. Dans un tel système de commande la sortie du cap- teur de 02 comprend des bruits et la forme de l'impulsion du signal de sortie ne présente pas de variation à front rai- de. Par conséquent, pour commander le rapport air-combusti- ble avec un micro-calculateur il doit être prévu un filtre et un redresseur entre le capteur de 2 et le micro-calcula- teur. En conséquence le système est de fabrication compli- quée. Le but de l'invention est de fournir un système de commande du rapport air-combustible qui puisse être réa- lisé facilement et rapidement dans un système de commande numérique avec un micro-processeur. L'invention a pour objet à cet effet un système de commande du rapport air-combustible pour un moteur à com- bustion interne comportant un conduit d'échappement, un car- burateur, une électro-vanne pour corriger le rapport air- combustible du mélange distribué aux cylindres, un capteur de 02 pour détecter la teneur en oxygine des gaz d é-chappe- ment, un convertisseur catalytique prévu dans le conduit d'échappement, et un circuit de commande par réaction sensi- 3 ble a la sortie du capteur de 02 pour produire des signaux afin d'actionner les électro-vznnes pour corriger le rap- port air-combustible, ce système étant caractérisé en ce que le capteur de 02 est disposé dans le conduit d'échappe- ment dans une position située en aval du convertisseur ca- talytique, le circuit de commande par réaction comprenant un circuit différentiateur pour différentier la sortie du capteur de 02 et un microcalculateur agissant en fonction de la sortie du circuit différentiateur pour actionner l'é- lectro-vanne. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre faite en se référant aux dessins annexés donnés unique- ment a titre d'exemples et dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique d'un système classique de commande du rapport air-combustible; - la Fig. 2 est un schéma synoptique d'un systè- me classique de commande du rapport; - les Fig. 3E et 3F montrent des formes d'impul- sions en certains points du système représenté à la Fig.2; - la Fig. 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système de commande du rapport air-combus- tible suivant l'invention; - la Fig. 5 est un schéma synoptique du système de commande suivant l'invention; - les Fig. 6A, 6B, 6C et 6D montrent des formes d'impulsions en différents points du système de la Fig. 5; - la Fig. 7 est une vue en perspective d'un dis- positi? d'échappement utilisé au cours d'essais; - les Fig. SG, 8F, mcntrent des formes d'impul- sions obtenues dans le dispositif d'essai. En se référant Z. la Fig. 1 qui montre schémati- quement un système de commande classique du rapport air- combustible, la référence 1 désigne un carburateur disposé en amont du moteur 2. Le carburateur 1 comprend une chambre à flotteur 3, un gicleur principal 5 d'un venturi 4 et un conduit 8 d'air de correction qui communique avec une pri- se d'air 7 qui est prévue dans un conduit principal 6 de combustible entre la chambre à flotteur 3 et le gicleur 5. Un autre conduit 13 d'air de correction communique avec une autre prise d'air 12 qui est prévue dans un conduit 11 de combustible de ralenti qui diverge du conduit principal 6 et s'étend jusqu'à un gicleur 10 de ralenti débouchant au voisinage d'un papillon 9 des gaz. Les conduits 8 et 13 d'air de correction communiquent avec des électro-vannes 14, 15 respectivement dont les c8tés d'entrée communiquent avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Un convertisseur catalytique 18 à trois voies est en outre prévu dans un conduit 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 teneur en oxygène des gaz d'échappement comme représentative du rapport air-com- bustible du mélange brûlé dans le cylindre du moteur. Un circuit 20 de commande reçoit la sortie du capteur 19 pour actionner les électro-vannes 14, 15 pour les ouvrir et les fermer suivant certains rapport cycliques en fonction du signal de sortie. Le rapport aircombustible est appauvri en distribuant de l'air de correction au carbura- teur avec un débit important et le rapport est enrichi en diminuant l'alimentation en air de correction. En se référant à la Fig. 2 qui montre le circuit de commande 20, la sortie du capteur 19 de 2 est reliée à un circuit 21 de correction de courant d'alimentation pour corriger la dérive du zéro du capteur 19. La sortie du cir- cuit 21 est reliée à un filtre 22. La sortie du filtre 22 est reliée à un comparateur 23 et à un circuit 24 de détec- tion de valeur moyenne. La sortie du circuit 24 est appli- quée au comparateur 23 comme tension de référence. La sortie À. 4 du comparateur 23 est appliquée à un circuit calculateur 25. La sortie du circuit 25 est appliquée A un comparateur 33 et un signal constitué par une impulsion triangulaire engendrée par un générateur 34 d'impulsions triangulaires est app!i- quée au comparateur 33 pour produire des impulsions carrées. Le coRiparateur 33 est relié A un circuit 35 de puissance dont la sortie constituée par des impulsions carrées est ap- pliquée aux électro-vannes 14, 15. Le signal de sortie du capteur 19 varie raside- ment au rapport stoechiométrique air-combustible. En consé- quence, la sortie présente des formas représentées a la Fig. 3E par la référence a. Les impu!sions sont mises en for- me par le circuit 21 et le filtre 22 pour présenter la for- me b représentée à la Fig. 3F. La sortie du filtre 22 est appliquée au comparateur 23 dans lequel le signal de sortie du filtre 22 est comparé à une valeur moyenne c appliquée par le circuit 24 de détecteur de valeur moyenne pour éva- luer le rapport air-combustible-du mélange. La sortie du comparateur 23 est appliquée au circuit calculateur 25c Le circuit 25 comprend un intégrateur qui produit une sortie intégrée qui est fonction de la sortie du comparateur 23. La sortie du circuit 25 est comparée au train d'impulsions triangulaires provenant du générateur 34 dans le compara- teur 33 pour produire des impulsions carrées dont le rap- port cyclique varie avec la sortie intégrée du circuit 25. Les impulsions carrées sont appliquées aux électro-vannes 14, 15, par l'intermédiaire du circuit de puissance 35. En conséquence les électro-vannes 14, 15, sont actionnées sui- vant les rapports cycliques des impulsions carrées. Le rap- port air-combustible du mélange est ainsi commandé à la va- leur moyenne c qui est approximativement égale au rapport stoéchiométrique. On comprend que les formes d'impulsions a à la Fig. 3E présentent des bruits. Les bruits sont provoqués par les variations du rapport air-combustible dans chaque cylindre du moteur. Le filtre 22 est prévu pour supprimer les parasites. En outre les formes d'impulsions b varient avec des inclinaisons modérées. L'inclinaison est encore plus ré- duite comme représenté en traits interrompus lorsque les caractéristiques du capteur de 02 se détériorent. De toutes façons, pour commander le rapport air-combustible au moyen d'un micro-calculateur avec un tel signal de forme d'onde douce, la sortie du comparateur 23 doit être convertie en un signal numérique par un redresseur. L'invention fournit un système de commande qui commande le rapport air-combustible au moyen d'un micro- calculateur, sans nécessiter de filtre ni de redresseur. En se référant à la Fig. 4 qui montre un systè- me de commande suivant l'invention, les organes identiques à ceux du dispositif représenté à la Fig. 1 sont désignés par les mêmes références. Le capteur 26 de 02 est prévu en aval du convertisseur catalytique 18. Par conséquent le vo- lume du conduit d'échappement entre les orifices d'échappe- ment des cylindres et le capteur 26 est augmenté et est plus grand que dans le système classique représenté à la Fig.l. La sortie du capteur 26 est reliée à un circuit de comman- de 20a. En se référant à la Fig. 5, la sortie du capteur 26 est appliquée à un circuit différentiateur 28. La sortie du circuit différentiateur 28 est appliquée à un micro-pro- cesseur 30 par l'intermédiaire d'un multivibrateur monosta- ble 29. La sortie du micro-calculateur est appliquée aux électrovannes 14, 15 par l'intermédiaire d'un circuit de puissance 31. Le volume du conduit d'échappement entre les cy- lindres et le capteur de 2 est plus grand que celui du système classique, et les bruits précités provoqués par les variations du rapport aircombustible dans chaque cylindre sont supprimés. En outre les gaz d'échappement, après le convertisseur catalytique 18, comprennent une faible quan- tité d'oxygène en raison de la réaction chimique suffisante assurée par le catalyseur. Par conséquent la sortie du cap- teur de 02 varie avec un firont droit A la valeur correspon- dante a le valeur stociométrioue du rapport comme repré- senté a la Fig. 6A. En conséquence 2lrsque ia sortie du cap- teur 28 est différenciée par le circuit différentiateur 28, on obtient des sorties a front droit comme représenté à la Fig. 6B. Les sorties sont converties par le multiv-ibrateur monostable 29 en impulsions C1 et C2 comme représenté à la Fig. 6(C). Ainsi la sortie du caDteur 26 peut atre convertie en signaux numériques sans redresseur. Si le multivibrateur monostable 29 est remolacé par un multivibrateur bistable, on obtient un bit de sortie représenté à la Fig. 6(D). Le micro-calculateur 30 agit en fonction du multivibrateur pour produire des impulsions d'enrichissement et de dilution. Les impulsions sont appliquées aux êlectro-vannes 14, 15, par l'intermédiaire du circuit de puissance 31. Le rapport air- combustible du mélange es. ainsi commandé à la valeur stoé- chiométrique. En se référant à la Fig. 7, un groupe moteur 35 utilisé dans une installation d'essai du dispositif suivant l'invention est un motceur du type à cylindres opposes. Une tubulu'e d'échappement 36 à deux branches est reliée aux orifices d'échappement du groupe 35 et un convertisseur ca- talytique 37 est prévu à la jonction e des deux branches de la tubulure d'échappement 36. Le capteur de 02 est prévu en un point f. Un tuyau d'échappement 38 relié au convertis- seur catalytique 37 est relié a un tube de sortie 40 par l'intermédiaire d'un silencieux 39. Le volume du conduit d'échappement entre les ori- fices d'entrée b et la jonction e est de 1500 cm3 et le vo- lume entre le point d et la position f du capteur de 02 est de 3 000 cm. Ainsi ce dernier volume est le double du pre- mier. L'essai a été effectué en discposant le capteur de 02 au point f suivant l'invention et en disposant le capteur de 02 au point e *.tor.me dans le systeme classique. La Fig. 8(G) montre la sortie du capteur de 02 disposé au point f et la Fig. 8(H) montre la sortie détectée au point e. Il ressort des formes d'impulsion que les bruits dans les impulsions du système classique sont diminués dans les impulsions du dispositif suivant l'invention. Ainsi le filtre utilisé dans les systèmes classiques peut être sup- primé. Il ressort de ce qui précède que l'invention fournit un système de comuinande du rapport air-combustible au moyen d'un micro-calculateur sans nécessiter de filtre et de redresseur. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif de commande du rapport air-combus- tible pour moteur a combustion interne comprenant un conduit d'échappement, un carburateur, iuie électro-vanne pour cor- riger le rapport air-combustible du mélange distribué au moteur, un capteur de O2 pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement, un convertisseur catalytique prévu dans le conduit d'échappement, un circuit de commarnde par réaction sensible à la sortie dudit capteur pour produire des signaux pour actionner ladite lectro-vanne afin de cor- riger le rapport air-combustible, dispositif caractérise en ce que le capteur 26 de 02 est prévu dans le conduit dté- chappement dans une position en aval dudit convertisseur ca- talytique 37, le circuit 20a de commande par r&action com- prenant un circuit diff.rentiateur 28 pour différentier la sortie du capteur de 02, un circuit 29 générateur d'impul- sions, sensible à la sortie du circuit diffúrentiateur 28 afin d'engendrer des impulsions, et un micro-calculateur 30 agissant en fonction de la sortie dudit circuit 29 généra- teur dimpulsions pour actionner les électro-vannes 14, 15. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, ca- ract6risé en ce que ledit circuit générateur d'impulsions 29 est un multivibrateur.