Brevet FR2549147A1 — publié le 19850118

? La présente invention concerne un dispositif de régulation du rapport aircarburant pour moteur à combustion interne, ce dispositif réglant le rapport 5 air-carburant du mélange à une valeur appropriée pour laquelle l'efficacité d'un catalyseur à triple effet situé dans un convertisseur est la meilleure, et plus particulièrement un dispositif de régulation du rapport air-carburant qui est capable de réduire la teneur en produits toxiques contenus dans les gaz d'échappement et d'améliorer la conduite dans les régions d'altitude grâceà une variation linéaire de ce rapport air-carburant. Dans un dispositif classique de régulation du rapport air-carburant, le rapport air-carburant du mélange que l'on envoie à la combustion dans les cylindres du moteur, fait l'objet d'une détection au niveau de la densité en oxygène des gaz d'échappement et ceci au moyen d'un détecteur d'O 2 qui est prévu dans le système d'échappement du moteur, le signal de sortie de ce détecteur per20 mettant de juger, en vue de fournir un signal de régulation, si le rapport air-carburant est plus riche ou plus pauvre que la valeur correspondant' à un rapport aircarburant stoechiométrique Le signal de régulation se trouve transformé en impulsions qui actionnent une élec25 tro-vanne permettant de régler le débit d'air qui doit être introduit dans le mélange On règle ainsi le rapport air-mélange à sa valeur stoechiométrique pour laquelle l'efficacité du catalyseur à triple effet est la meilleure Lorsque le papillon des gaz du moteur se trouve entièrement ouvert à régime élevé, la régulation par as5 servissement, qui dépend du signal donné par le détecteur di'2, est alors bloquée et le signal de régulation se trouve fixé à une valeur prédéterminée à l'aide d'un dispositif d'enrichissementce qui permet de maintenir le débit d'air de correction à une valeur prédéterminée pour 10 laquelle le mélange air-carburant se trouve enrichi en vue d'améliorer la conduite Etant donné, toutefois, que ce rapport air-carburant se trouve maintenu à une valeur préfixée, le mélange air-carburant est alors plus enrichi dans l'atmosphère raréfiée des régions d'altitude Afin 15 de prévenir un enrichissement trop poussé du mélange, on munit alors le dispositif d'un système de compensation d'altitude à l'aide duquel le signal de régulation se trouve modifié en fonction de l'altitude Etant donné, cependant, que le signal de régulation varie par échelons, 20 il n'est pas possible de corriger convenablement le rapport air-carburant, en tenant compte de la variation d'altitude. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un dispositif de régulation du rapport 25 air-carburant qui présente un système de compensation d'altitude permettant de régler le signal de régulation à une valeur convenable dépendant de l'altitude Un autre but de l'invention est de fournir un système de compensation qui fasse varier le signal de régulation de manière 30 proportionnelle à l'altitude. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation du rapport air-carburant pour véhicule entraîné par un moteur à combustion interne, du type comprenant un conduit d'admission, des moyens d'alimenta35 tion en mélange air-carburant, des moyens de correction du rapport air-carburant de ce mélange, un détecteur d'O 2 permettant de déterminer la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement, et un circuit de régulation par 254914 ? asservissement comportant un circuit de régulation qui, sous l'action de la sortie du détecteur d'O 2, produit un signal de sortie de régulation qui permet d'actionner les moyens de correction du rapport air-carburant, ce dispo5 sitif étant caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens permettant de détecter les conditions de fonctionnement du moteur en vue de fournir des signaux de sortie dépendant de ces conditions, et des seconds moyens permettant de détecter l'altitude de l'endroit o se déplace 10 le véhicule. Ce circuit de régulation présente des constantes permettant de maintenir le rapport air-carburant du mélange à une valeur fixe qui dépend des conditions de marche du moteur, ce circuit étant agencé de façon à faire varier chacune de ces constantes, de manière proportionnelle à l'altitude qui est relevée par les seconds moyens de détection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre 20 en regard des dessins annexés sur lesquels: la Fig 1 est une vue explicative schématique d'un dispositif de régulation du rapport air-carburant conforme à la présente invention; la Fig 2 est un schéma-blocs illustrant la structure 25 d'un circuit de régulation à asservissement utilisé dans le dispositif ci-dessus; la Fig 3 et la Fig 4 sont des organigrammes illustrant le fonctionnement du circuit de régulation; les Figs 5 a et 5 b sont des graphiques représentant les 30 variations du coefficient de fonctionnement qui commandent une électro-vanne. Le dispositif de régulation du rapport aircarburant illustré schématiquement par la Fig 1 comprend un carburateur 1 qui ccmmnique avec le conduit d'admission 35 2 a d'un moteur à combustion interne 2 Ce carburateur 1 comprend une chambre à flotteur 3, un venturi 4 et un pulvérisateur 5 qui communique avec la chambre 3 par l'intermédiaire d'un passage principal de carburant 6 muni d'un gicleur d'air 7 Un premier passage d'air de réglage 8 est mis en communication avec ce gicleur d'air 5 7 prévu dans le passage principal de carburant 6, tandis qu'un second passage d'air de réglage 13 est prévu de manière à communiquer avec un autre gicleur d'air 12 qui est disposé dans un passage de carburant pour ralenti 11 Ce passage de carburant pour ralenti 11 est disposé 10 de manière à diverger par rapport au passage principal 6 et débouche par un orifice de ralenti 10 qui est prévu au voisinage du papillon des gaz 9 Les passages d'air de réglage 8 et 13 communiquent avec des électro- vannes du type tout-ou-rien 14 et 15 dont les côtés admission sont 15 mis à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16 Il est en outre prévu un convertisseur 18 à catalyseur à triple effet qui est disposé dans une tubulure d'échappement 17, tandis qu'un détecteur d'O 2 19 est prévu entre le moteur 2 et ce convertisseur 18 afin de déter20 miner la concentration en oxygène des gaz d'échappement qui sert à indiquer la valeur du rapport air-carburant du mélange qui est brûlé dans les cylindres du moteur. Il est en outre prévu un détecteur de dépression 20 disposé dans le conduit d'admission 2 a entre 25 le papillon 9 et le moteur de manière à mesurer la dépression dans ce conduit, ainsi qu'un détecteur de température du réfrigérant 21 qui sert à mesurer cette température du réfrigérant du moteur Il est encore prévu un détecteur de vitesse du moteur 22 et un détecteur d'alti30 tude 23 Les signaux de sortie de ces détecteurs 19 à 23 sont envoyés à un circuit de régulation 24 qui fournit un signal de sortie permettant d'actionner les électrovannes 14 et 15 qui s'ouvrent de manière intermittente avec un coefficient de fonctionnement qui dépend des si35 gnaux de sortie de ces détecteurs en vue de régler le rapport air-carburant. Un circuit classique de régulation 24 est agencé de manière à fournir un signal de régulation situé entre une limite supérieure et une limite inférieure en vue de maintenir le rapport air-carburant à l'intérieur 5 d'un domaine de valeurs approprié Ainsi, même si le signal d'entrée dépasse la limite supérieure ou inférieure prédéterminée, ce circuit de régulation ne fournit pas de signal de régulation qui dépasse le domaine approprié indiqué, mais fournit un signal constant de régulation 10 à la limite supérieure ou un signal constant de régulation à la limite inférieure Suivant qu'il s'agit d'un signal de régulation à la limite supérieure ou inférieure, le circuit de régulation fournit un signal de sortie qui présente un coefficient de fonctionnement en limite supé15 rieure ou un coefficient de fonctionnement en limite inférieure. Par ailleurs, lorsque la température du corps du détecteur d'O 2 19 est inférieure à une valeur prédéterminée, ce détecteur ne fournit pas une sortie présentant une tension suffisante compte tenu de la concentration en oxygène Ceci signifie que le détecteur d'O 2 se trouve hors service En conséquence, dans cette condition, le circuit de régulation fournit un signal fixe de régulation qui détermine le coefficient de fonc25 tionnement du signal de sortie, ce qui permet de fixer à une valeur appropriée le rapport air-carburant En outre, lorsque le papillon des gaz se trouve largement ouvert; le coefficient de fonctionnement du signal de sortie du circuit de régulation se trouve fixé à une valeur prédétermi30 née qui permet d'enrichir le mélange en vue d'accroître la puissance du moteur. La présente invention consiste à prévoir un système qui fonctionne de manière à faire varier, de manière proportionnelle à l'altitude, les limites supérieu35 re et inférieure du signal de régulation, ainsi que le signal fixe de régulation. Comme le montre la Fig 2 qui illustre un circuit de régulation conforme à l'invention, le détecteur d'altitude 23 comprend un soufflet 23 a permettant de mesurer la pression atmosphérique, ainsi qu'un poten5 tiomètre 23 b qui est relié à l'extrémité libre du soufflet pour coopérer avec celui-ci et fournir une sortie proportionnelle à la pression atmosphérique Cette sortie du potentiomètre 23 b est appliquée sur un convertisseur analogique-numérique 26 par l'intermédiaire d'une 10 diode protectrice 25 a et d'une capacité 25 b, ceci afin de prévenir tout bruit La sortie de ce convertisseur analogique-numérique 26 est elle-même appliquée sur un microprocesseur 27 dont la sortie est à son tour appliquée aux électro-vannes 14 et 15 par l'intermédiaire d'un 15 excitateur 28 comportant des transistors. Ce microprocesseur 27 décide si la sortie du détecteur d'O 2 19 est supérieure ou inférieure à une valeur de référence, c'est-à-dire si le mélange fourni aux cylindres du moteur est riche ou pauvre Lorsque c'est un mélange riche qui est fourni,le microprocesseur émet des impulsions de sortie dont le coefficient de fonctionnement est tel qu'il entraîne une dilution du mélange Dans ce mode de réalisation, le microprocesseur fournit des impulsions de sortie présentant un faible coefficient de fonctionnement, de sorte que les électrovannes 14 et 15 fonctionnent pour un coefficient de fonctionnement élevé, ceci en vue d'envoyer une quantité importante d'air au carburateur et ainsi de diluer le mélange Le rapport air-carburant du mélange que l'on en30 voie aux cylindresse trouve approximativement réglé à la valeur stoechiométrique de ce rapport Le coefficient de fonctionnement des impulsions provenant du microprocesseur se trouve maintenu entre une limite supérieure et une limite inférieure qui sont préréglées à l'intérieur 35 de ce microprocesseur. Celui-ci présente diverses constantes permettant de maintenir le rapport air-carburant à une valeur fixe qui est choisie parmi une sériede valeurs mises en mémoire et il présente également des constantes permettant de limiter la valeur supérieure limite du rapport air-carburant lorsque le détecteur d'O 2 est en service On choisit l'une de ces constantes en fonction des conditions de fonctionnement du moteur afin de fixer à une valeur donnée le rapport air-carburant Par ailleurs, chaque constante subit une 10 variation proportionnelle à l'altitude. Lorsque le moteur fonctionne à froid ou en cas de température faible du détecteur d'O 2 (hors service), le microprocesseur 27 fournit des impulsions de sortie qui présentent un rapport de fonctionnement fixe 15 qui dépend d'une constante sélectionnée En outre, lorsque le papillon des gaz est largement ouvert, le coefficient de fonctionnement se trouve fixé à une valeur qui dépend d'une constante sélectionnée et qui est décidéeen fonction de la dépression du collecteur qui est 20 fournie par le détecteur de dépression 20. Lorsque l'altitude s'accroît, le soufflet 23 a se dilate de manière à abaisser la tension d'entrée du convertisseur analogique-numérique 26 Le microprocesseur 27 agit alors de manière à inverser la valeur numérique 25 qui a diminué en lui donnant une valeur plus grande, et également de manière à réduire le coefficient de fonctionnement des impulsions de sortie qui était établi au niveau de la mer ou de manière à accroître la limite supérieure de ce rapport de fonctionnement de façon pro30 portionnelle à l'altitude et en tenant compte de la constante qui varie Le rapport air-carburant du mélange se trouve donc ainsi accru, ce qui signifie une dilution du mélange, et ceci proportionnellement à l'altitude, pour un fonctionnement à froid du moteur ou un état hors ser35 vice du détecteurdo 2 ou encore en cas de charge élevée. Le fonctionnement du circuit peut être expliqué en se référant aux figures 3 et 4: le micropro cesseur 27 relève les conditions de fonctionnement du moteur (opération 30) grâce aux signaux d'entrée provenant des détecteurs 19 à 23, puis il décide si le moteur se trouve en régime de régulation avec asservissement (opération 31), c'est-à-dire si le mélange air-carburant doit être maintenu sous un rapport fixe en raison de l'état hors service du détecteur d'O ou si au contraire il doit être réglé grace à la régulation avec asservissement Si le moteur ne se trouve pas (condition 32) en régime de circulation avec asservissement, le coefficient fixe de fonctionnement se trouve déterminé à l'aide d'une constante qui dépend des conditions de fonctionnemoent du moteur(détermination de la valeur à maintenir 33) Si le moteur se trouve (condition 34) en régime de régulation avec asservissement, une limite supérieure du coefficient de fonctionnement se-trouve déterminée (opération 35) à l'aide d'une constante de limite supérieure La détermination de valeur à maintenir 33 est suivie d'une conversion 20 analogique-numérique 36 et d'une correction de la valeur à maintenir par une valeur numérique (opération 37), tandis que la détermination de limite supérieure 35 est suivie d'une conversion analogique-numérique 38 et une correction de limite supérieure par une valeur numérique (opération 39), les deux opérations 37 et 39 étant ellesmêmes suivies par la régulation 40 du rapport air-carburant. La Fig 5 a illustre des exemples des coefficients de fonctionnement fixes sous des régimes du moteur 30 correspondants à des températures de réfrigérant inférieures à 15 C et un état hors service du détecteur d'O 2. C'est ainsi par exemple que, lorsque la vitesse du moteur est inférieure à 1800 t/mn et que la dépression au collecteur est comprise entre 100 mm Hg et 200 mm Hg, 35 le coefficient de fonctionnement se trouve fixé à 20 % Les valeurs ainsi fixées subissent une variation proportionnelle à l'altitude conformément au fonctionnement indiqué sur la Fig 4 Ce fonctionnement prévoit une conversion de l'altitude en une valeur numérique 41, une inversion de cette valeur numérique 42, un calcul de va5 leur correcte 43 et enfin un calcul de la valeur de régulation à partir de la valeur correcte 44. La Fig 5 b illustre les variations des coefficient de fonctionnement de la Fig 5 a Chaque coefficient de fonctionnement varie de manière linéaire comme 10 le montre la ligne en trait plein, tandis que ce coefficient de fonctionnement peut subir une variation qui correspond à la ligne en trait interrompu Bien que la présente invention soit décrite en faisant référence au mode de réalisation illustré par les dessins et qui uti15 lise un carburateur et des électro-vannes, il est également possible de l'appliquer à un moteur présentant un système d'injection de carburant. REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation du rapport air-carburant pour véhicule entraîné par un moteur à combustion interne,du type comprenant un conduit d'admis5 sion ( 2 a), des moyens d'alimentation en mélange air-carburant ( 1-5), des moyens ( 14-15) permettant de corriger le rapport air- carburant de ce mélange, un détecteur d'O 2 ( 19) permettant de déterminer la concentration en oxygène des gaz d'échappement, et un circuit de régulation avec asser10 vissement comprenant un circuit de régulation ( 24) qui, en fonction de la sortie dudit détecteur d'O 2 fournit un signal de sortie de régulation permettant d'actionner lesdits moyens ( 14,15) de correction du rapport air-carburant, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il com15 prend: des premiers moyens ( 20,21,22) permettant de détecter les conditions de régime du moteur et de fournir des signaux de sortie dépendant de ces conditions, des seconds moyens ( 23) permettant de détecter l'alti20 tude de l'endroit o se déplace le véhicule, ce circuit de contrôle présentant des constantes permettant de maintenir le rapport air-carburant du mélange à une valeur fixe qui dépend des conditions de régime du moteur, ledit circuit de régulation étant agencé de manière à faire varier chacune de ces constantes de manière proportionnelle à l'altitude qui est déterminée par lesdits seconds moyens ( 23). 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation ( 24) pré30 sente, outre lesdites constantes permettant de maintenir à une valeur fixe le rapport air-carburant, des constantes permettant de limiter le rapport à une valeur supérieure limite lorsque le détecteur d'O 2 est en service. 3 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de détection ( 20,21,22) comprennent un détecteur de dépression ( 20) 25491 47 permettant de détecter la dépression régnant dans le conduit d'admission ( 2 a), un détecteur de température de réfrigérant ( 21) et un détecteur de vitesse du véhicule ( 22) 4 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation ( 24) comprend un convertisseur analogique-numérique ( 26) permettant de convertir en un signal numérique le signal de sortie des seconds moyens de détection ( 23) , ainsi qu'un mi10 croprocesseur ( 27) permettant de faire varier les constantes de manière proportionnelle à ce signal numérique.