FR2463281A1 - Dispositif de commande en boucle fermee, notamment pour commander la richesse du melange fourni a un moteur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE COMMANDE EN BOUCLE FERMEE, NOTAMMENT POUR COMMANDER LE RAPPORT AIR-COMBUSTIBLE DU MELANGE FOURNI A UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. DES SOUPAPES ELECTROMAGNETIQUES 14, 15 SONT COMMANDEES PAR DES IMPULSIONS POUR REGLER LE RAPPORT AIR-COMBUSTIBLE DU MELANGE. UN GENERATEUR 21 PRODUIT UN SIGNAL PERIODIQUE CONSTITUE PAR DES IMPULSIONS IRREGULIERES ET DONT LE NIVEAU MOYEN EST ETABLI EN FONCTION DU SIGNAL DE SORTIE D'UN CAPTEUR D'OXYGENE 19 DANS LES GAZ D'ECHAPPEMENT. CE NIVEAU EST ETABLI DE MANIERE QUE LE RAPPORT AIR-COMBUSTIBLE DU MELANGE CONVERGE VERS LE RAPPORT STOECHIOMETRIQUE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULES AUTOMOBILES.

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande,

par exemple un dispositif de commande du rapport air-combus-

tible pour un système de contrôle d'émission de moteur à combustion interne avec un catalyseur à triple effet, et plus particulièrement, un dispositif de commande du rapport air-combustible pour l'amener à une valeur proche de celle du rapport stoechiométrique afin d'obtenir un fonctionnement

correct du catalyseur à triple effet.

Ce dispositif est un dispositif de commande en boucle fermée, dans lequel un capteur d'oxygène détecte la teneur

en oxygène des gaz d'échappement et produit un signal électri-

que donnant une indication sur le rapport air-combustible

du mélange fourni par le carburateur. Le dispositif de com-

mande comporte un circuit de jugement qui examine le signal

de sortie du capteur d'oxygène, un circuit d'intégration con-

necté au circuit de jugement, un circuit d'attaque qui pro-

duit des impulsions rectangulaires à partir du signal de

sortie du circuit d'intégration, et une soupape électroma-

gnétique du type à tout ou rien qui corrige le rapport air-

combustible du mélange. Le dispositif détermine si le signal

en retour provenant du capteur d'oxygène est supérieur ou in-

férieur à une valeur de référence prédéterminée correspondant -au rapport stoechiométrique, de manière à produire un signal d'erreur qui commande la soupape électromagnétique du type à tout ou rien fixant ainsi le rapport air-combustible du mélange. De par sa nature, un tel dispositif de commande en boucle fermée oscille en raison du retard de détection du capteur d'oxygène. Plus particulièrement, le mélange corrigé par la 3osoupape électromagnétique est admis dans les cylindres du moteur en passant par la tubulure d'admission et il y est

brûAlé, et il est ensuite éliminé par la tubulure d'échappe-

ment. Par conséquent, au moment o le capteur d'oxygène détecte la teneur en oxygène des gaz d'échappement sur la base du mélange corrigé, l'action corrective avec la soupape électromagnétique a dépassé le point voulu. Il en résulte qu'un mélange riche ou pauvre, en raison du dépassement, est admis dans le moteur, et le capteur d'oxygène détecte l'écart. Une action corrective est donc prise dans le sens opposé. Après cette oscillation de la commande, la variation

du rapport air-combustible du mélange converge vers le rap-

port stoechiométrique. Par conséquent, l'écart du rapport air-combustible du mélange est corrigé jusqu'à sa valeur stoechiométrique avec un certain retard. La réduction voulue

des constituants nocifs ne peut ainsi être obtenue.

Par ailleurs, il est apparu que si le catalyseur à tri-

ple effet est exposé à des gaz d'échappement dont le rapport des constituants varie périodiquement à partir d'un rapport moyen en une période appropriée, le catalyseur peut être

activé ce qui augmente l'effet de réduction d'émission.

Un objet de l'invention est donc de réaliser un disposi-

tif de commande dans lequel la sortie commandée oscille d'une façon telle que le sens de l'écart par rapport à la valeur

voulue puisse être défini, ce qui permet de corriger rapide-

ment l'écart par rapport à la valeur voulue.

L'invention concerne donc un dispositif de commande com-

portant un générateur de signal oscillatoire produisant un signal oscillatoire périodique constitué par des impulsions 2odans une période qui contient plusieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, l'une au moins des parties

maximales étant inférieure à une autre de ces parties maxi-

males et l'une au moins des parties minimales étant supérieu-

re à une autre de ces parties minimales; le dispositif com-

porte également un circuit de commande de décalage du ni-

veau de la ligne centrale du signal oscillatoire, un circuit d'attaque qui produit un signal de commande en fonction du signal oscillatoire, un dispositif d'actionnement qui reçoit le signal de commande et qui produit une sortie contrôlée, un détecteur de la sortie contrôlée produisant un signal de sortie détecté en fonction de cette sortie, un dispositif de discrimination entre des valeurs supérieures du signal détecté et des valeurs inférieures de ce signal et produisant un troisième signal de sortie, les valeurs supérieures étant supérieures à une valeur souhaitée, les valeurs inférieures étant inférieures à cette valeur souhaitée; le dispositif comporte également un circuit de jugement qui compare le signal de sortie détecté avec une impulsionstandard de même période que celle des impulsions du signal oscillatoire et qui produit un signal de jugement correspondant à ce signal

oscillatoire mais en en supprimant des parties, un généra-

teur de signal de décalage qui produit un signal de d4cala-

ge en fonction du signal de jugement de manière à régler le dispositif de commande de décalage, et un circuit de comman-

de d'amplitude qui réduit l'amplitude du signal oscilla-

toire quand le circuit de jugement produit un signal de jugement de même période que le signal oscillatoire, de manière que l'amplitude de la sortie commandée puisse être

réduite.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparaîtront au cours de la description qui va suivre.

Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exem-

ples nullement limitatifs: la figure 1 représente schématiquement un dispositif de commande air-combustible, la figure 2 est une courbe de la force électromotrice du capteur d'oxygène en fonction du rapport aircombustible du mélange fourni par un carburateur, la figure 3 est un schéma simplifié d'un dispositif de commande électronique selon l'invention, la figure 4 est une courbe montrant la relation entre la vitesse du moteur et la période du signal standard, la figure 5 montre un exemple d'un signal oscillatoire,

les figures 6A et 6B montrent la relation entre le ni-

veau du signal oscillatoire et celui du signal de commande, la figure 7 montre le signal oscillatoire, les figures 8 à 10 montrent la relation entre l'écart du signal oscillatoire et le signal de sortie d'un circuit de jugement, la figure 11 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 12 montre un exemple d'un circuit électronique du dispositif selon l'invention, et la figure 13 représente des formes d'onde de signaux

en différents points du circuit de la figure 12.

La figure 1 montre donc un carburateur 1 qui communique

avec un moteur à combustion interne 2. Le carburateur com-

porte une cuve,, un venturi 4 dans la tubulure d'admission,

une buse 5 communiquant avec la cuve 3 par un passage princi-

pal 6 et un gicleur de ralenti 10 près d'un papillon 9 et communiquant avec la cuve 3 par un passage de ralenti 11. Des passages de correction d'air 8 et 13 sont prévus en parallèle avec une entrée d'air principale 7 et une entrée d'air 12 de ralenti. Des soupapes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout ou rien sont prévues pour les passages de correction d'air 8 et 13. L'orifice d'entrée

de chaque soupape électromagnétique communique avec l'at-

mosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Un cap-

teur d'oxygène 19 est disposé dans un tuyau d'échappement 17 pour détecter la teneur en oxygène des gaz d'échappement provenant du moteur 2. Un convertisseur catalytique 18 à triple effet est disposé dans le tuyau d'échappement 17 en aval du capteur d'oxygène 19. I

La tension de sortie du capteur d'oxygène 19 varie brus-

quement pour un rapport des gaz d'échappement voisin du rapport aircombustible stoechiométrique du mélange fourni par le carburateur, comme le montre la figure 2, de sorte

qu'il est possible de détecter si le mélange air-combusti-

ble dans la tubulure d'admission est plus riche Sou plus pauvre que le rapport stoechiométrique, en détectant la

tension du capteur d'oxygène 19. Le signal de sortie du cap-

teur d'oxygène 19 est appliqué à un dispositif de commande

électronique 20 qui commande les soupapes électromagnéti-

ques 14 et 15.

La figure 3 montre que le dispositif de commande élec-

tronique comporte un générateur 21 de signal oscillatoire 3o qui produit un signal oscillatoire (a) représenté sur des figures 7 et 5. Le signal oscillatoire (a) est appliqué

à un circuit de commande 24 par l'intermédiaire d'un cir-

cuit 22 de commande de décalage, qui sera décrit par la suite, et d'un circuit 23 de commande d'amplitude; le

circuit de commande fait fonctionner les soupapes électro-

magnétiques 14 et 15. Comme le montrent les figures 5 et 7, la forme d'onde de tension du signal oscillatoire (a) est répétitive par cycles. Un cycle de cette forme d'onde contient deux parties maximales élevées "a", "c" une partie maximale basse "e", deux parties minimales basses "d" "f" et une partie minimale "b" moins basse. La hauteur "P"

d'une partie maximale élevée par rapport à la ligne centra-

le 0 est égale à la profondeur "Dp" de la partie minimale basse par rapport à la ligne centrale 0. La profondeur de la partie minimale "b" moins basse par rapport à la ligne centrale 0 est par exemple la moitié de la profondeur "Dp"

de la partie minimale basse.

Le circuit de commande 24 produit des impulsions d'atta-

que représentées sur la figure 6A, en fonction de la ten-

sion d'entrée de la forme-dtonde "a". Comme le montre la

figure 6A, une tension supérieure correspondant à un maxi-

mum du signal oscillatoire produit une impulsion d'attaque dp de longue durée, c'est à dire avec un fort rapport d'impulsions, et une tension plus basse V1 correspondant à un minimum du signal oscillatoire produit une impulsion courte p de plus petit rapport d'impulsions. Les soupapes électromagnétiques 14 et 15 sont donc commandées par les impulsions de commande de la figure 6A en fonction de la tension du signal oscillatoire (a). Si les soupapes sont commandées par des impulsions longues, un mélange pauvre est produit car la quantité d'air qui pénètre est plus

grande. Des impulsions courtes produisent un mélange riche.

La variation du rapport air-combustible du mélange fourni par le carburateur est donc représentée par la même forme d'onde.

La figure 7 montre en (a) la variation du rapport air-

combustible du mélange avec cette même forme d'onde.

Si le rapport air-combustible du mélange correspondant à la forme d'onde (a) de la figure 7 s'écarte de la ligne "S" de rapport stoechiométrique, vers le côté pauvre comme représenté en (a) sur la figure 7, la tension de sortie du

capteur d'oxygène 17 qui détecte les gaz d'échappement cor-

respondant au mélange varie comme le montre l? figure 7

en "b".

Etant donné que le rapport air-combustible faible du mélange correspondant à la partie maximale basse le" de la forme d'onde (a) de la figure 7 se trouve au-dessous de

la ligne stoechiométrique "S", le capteur d'oxygène ne pro-

duit pas de tension de sortie pour la partie "e". Par consé-

quent, la forme d'onde (b) de la figure 7 ne produit pas de tension correspondant à la partie "e". Mais la tension de sortie contient des perturbations dS1' dS2 résultant des parasites produits par le moteur. La tension de sortie (b)

du capteur d'oxygène est appliquée à un circuit 27 d'élimi-

nation de perturbation comportant un circuit différentiateur par l'intermédiaire d'un comparateur 27a. Le circuit 27 différencie la tension desortie du capteur d'oxygène 19 de

manière à produire le signal (c) de la figure 7.

Un circuit 25 de période standard produit un train d'im-

pulsions de période standard. La phase des impulsions pro-

duites par le circuit 25 est réglée par un circuit à retard de manière à coincider avec la phase du signal de sortie du capteur d'oxygène, qui correspond également à la phase du signal oscillatoire. Ce train d'impulsions de période standard réglé est représenté en (d) sur la figure 7. Le

signal (c) de la figure 7 est comparé avec le train dtim-

pulsions de période standard réglée, de manière que les perturbations dS1 et dS2 soient éliminées, comme le montre

la figure 7 en (e).

Le signal (e) de la figure 7 est appliqué à un circuit

de jugement 28. Ce dernier produit un signal de sortie rec-

tangulaire représenté en (f) sur la figure 7 par le déclen-

chement avec le signal (e) de cette même figure.

Etant donné que la partie maximale basse "e" du mélange (a) de la figure 7 est positionnée sur le c8té pauvre, une large partie de niveau bas "w" est formée dans le signal de

jugement (e) de la figure 7. Ainsi, le signal lié au mélan-

ge (a) de la figure 7 sur le c8té pauvre est détecté par la partie de niveau bas "w" du signal (f) dérivé du capteur

d'oxygène 19.

La figure 9 montre un exemple du signal de jugement (f') produit par le circuit 28 quand le rapport air-combustible du mélange est à sa valeur stoechiométrique. Il y a lieu de comparer le signal oscillatoire correspondant (a) dans

lequel la ligne centrale 0 a été décalée vers la ligne stoe-

chiométrique S. Le signal de jugement contient des impul-

sions a' à ft, chacune de même durée.

La figure 10 montre un autre exemple du signal de juge-

ment f" quand le mélange air-combustible a dévié vers le cflté riche. Il y a lieu de comparer le signal oscillatoire (a) correspondant quand la ligne centrale 0 a été décalée vers la ligne stoechiométrique S. Le signal de jugement f"

-contient une large partie de niveau haut di, e', f'. Au-

trement dit, si les parties maximales du signal oscillatoi-

re, correspondant au rapport air-combustible du mélange,

s'écartent de la valeur stoechiométrique, un signal de juge-

ment de niveau haut sans partie minimale est produit.

Le signal de jugement (f,f' ou f" suivant le cas) est appliqué à un circuit 29 générateur de signal de décalage qui produit un signal de décalage (g) en fonction de la

durée de la partie de niveau haut ou de niveau bas du si-

gnal f, f' ou f"'. Le signal de décalage (g) est appliqué au circuit 22 de commande de décalage de manière-à décaler le signal oscillatoire (a) produit par le générateur 21 de signal oscillatoire, en fonction de ce signal (g) c'est

à dire en fonction de l'écart détecté dans les gaz d'échap-

pement qui, à son tour, dépend du rapport air-combustible

du mélange dans la tubulure d'admission.

La figure 8 montre un exemple de la variation de l'é-

cart de la forme oscillatoire du mélange et la variation

du signal de sortie (f) de la figure 7, provenant du cir-

cuit de jugement 28. Si l'on suppose que la forme d'onde

"A" est entièrement décalée par rapport au rapport stoechio-

métrique sur le c8té riche, le signal de sortie "A"' de ni-

veau haut est produit sans partie minimale. En fonction du signal de sortie "AI" le signal oscillatoire produit par le circuit 21 est décalé vers le cUté pauvre par le

circuit de décalage 29,22.

Si la forme d'onde oscillatoire est située comme repré-

senté en "B" en partie vers le côté riche, un signal de sortie "B"' de niveau haut est produit. Ainsi, le signal oscillatoire suivant produit par le circuit 21 est décalé en fonction du signal "B'". Il faut noter que l'écart de la forme d'onde oscillatoire du mélange est détectée à

l'instant t1 avant que l'impulsion "B"' soit terminée.

Si la ligne centrale 0 de la forme d'onde oscillatoire du mélange coincide avec le rapport stoechiométrique,

comme pour les signaux "C" ou si la ligne centrale est si-

tuée dans la plage entre la partie maximale basse "e"

(figure 5) et la partie minimale moins basse "b", des impul-

sions uniformes sont produites. La production d'un signal de sortie d'impulsions uniformes indique que le rapport air-combustible, détecté par le capteur d'oxygène, est à peu près égale au rapport stoechiométrique. Par conséquent, le générateur 29 de signal de décalage ne produit pas de signal de sortie lorsqu'il reçoit des impulsions d'entrée

uniformes.

Par ailleurs, un circuit 23 de commande d'amplitude réduit l'amplitude du signal oscillatoire (a) en réponse

au signal d'impulsions uniformes provenant du circuit de ju-

gement 28. L'amplitude est donc réduite comme le montre la

flèche U sur la figure 8. Grâce à la réduction de l'ampli-

tude du signal oscillatoire, l'oscillation du rapport air-

combustible du mélange peut converger dans une plage étroite autour du rapport stoechiométrique. La diminution de la

variation du rapport air-combustible peut ainsi Otre obtenue.

La figure 11 représente un autre mode de réalisation dans lequel l'invention est appliquée à un moteur comportant

un dispositif d'alimentation par injection de combustible.

Un injecteur 34 de combustible est prévu dans une tubulure d'admission 33, en aval d'un filtre à air 32. L'injecteur

34 communique avec un réservoir 35 à combustible par l'in-

termédiaire d'une pompe, non représentée, et d'une condui-

te 36. L'injecteur 34 est connecté à une unité de commande

37 comportant le dispositif de commande 20 de la figure 3.

Le capteur d'oxygène 19 et le capteur de vitesse 26 comman-

dent le dispositif de commande 20. Dans ce dispositif, l'in-

jecteur 34 est commandé par le signal oscillatoire de la même manière que dans le précédent mode de réalisation, de

sorte qu'un bon contrôle d'émission peut être assuré.

La figure 12 représente un exemple d'un circuit élec-

tronique du dispositif selon l'invention. Le circuit de ju-

gement 28 comporte un circuit basculeur D-JK 40. Le capteur

de vitesse 28 comporte une bobine d'allunage 41 et un con-

tact distributeur 42. La figure 13 montre les formes d'onde

de signaux dans différents points de la figure 12, les for-

mes d'onde W1 à wY correspondant aux points désignés de

la même manière sur la figure 12.

Il apparait ainsi que l'invention concerne un disposi-

tif de commande dans lequel la sortie contrôlée, c'est à dire la quantité traitée, est mise en oscillation par un

signal oscillatoire dans une configuration telle que le si-

gnal d'erreur minimal nécessaire peut être produit. La va-

riation de la sortie converge donc rapidement vers la va-

leur souhaitée. Il faut noter que des signaux oscillatoires avec des formes d'onde différentes de celles représentées

peuvent convenir. Si un capteur autre qu'un capteur d'oxy-

gène est utilisé et délivre une tension de sortie linéaire, il est nécessaire de prévoir un comparateur dans lequel la

tension de sortie est comparée avec un niveau standard cor-

respondant au rapport stoechiométrique afin que la tension

ch sortie puisse changer brusquement au niveau standard.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de commande en boucle fermée, caractérisé

en ce qu'il comporte un générateur (21) de signal oscilla-

toire qui produit un signal oscillatoire périodique consti-

tué par des impulsions d'une période qui contient plusieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, l'une au moins desdites parties maximales étant inférieure à une autre desdites parties maximales et l'une au moins desdites parties minimales étant supérieure à une autre desdites parties minimales, un circuit (22) de commande de décalage

destiné à décaler le niveau de la ligne centrale dudit si-

gnal oscillatoire, un circuit de commande (24) produisant un signal de commande en fonction dudit signal oscillatoire,

un dispositif d'actionnement (14,15) qui reçoit ledit si-

gnal de sortie de commande et qui produit une sortie com-

mandée, un détecteur (19) destiné à détecter la sortie

commandée et produisant un signal de sortie détecté en fonc-

tion de cette sortie, un dispositif (27a) destiné à discri-

miner des valeurs supérieures dudit signal détecté de va-

leurs inférieures de ce signal détecté, et produisant un troisième signal de sortie, les valeurs supérieures étant

supérieures à une valeur souhaitée et lesdites valeurs infé-

rieures étant inférieures à ladite valeur souhaitée, le dis-

positif comportant également un circuit de jugement (28) destiné à comparer ledit signal de sortie détecté avec des

impulsions standard de même période que les impulsions du-

dit signal oscillatoire, et produisant un signal de jugement

correspondant audit signal oscillatoire mais en en suppri-

mant des parties, un générateur (29) de signal de décala-

ge produisant un signal de décalage en fonction dudit signal

de jugement pour régler ledit circuit de commande de déca-

lage, et un circuit (23) de commande d'amplitude destiné à réduire l'amplitude dudit signal oscillatoire quand ledit circuit de jugement produit un signal de jugement de même

période que le signal oscillatoire de manière que l'ampli-

tude de la sortie contrôlée puisse être réduite.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (27) d'élimination de perturbationsdestiné à éliminer les perturbations que

contient le signal de sortie dudit détecteur.

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit (25) générateur de période standard destiné à commander la période dudit

signal oscillatoire et le fonctionnement dudit circuit de ju-

gement et dudit circuit d'élimination de perturbations.

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé

en ce qu'il comporte en outre un circuit à retard (30) des-

tiné à régler la phase du signal standard provenant dudit générateur de période standard de manière qu'elle coincide

avec la phase du signal détecté provenant dudit détecteur.

- Dispositif de commande du rapport air-combustible pour un moteur à combustion interne comportant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement (17), un dispositif de fourniture de mélange aircombustible et un dispositif électromagnétique (14,15) destiné à corriger le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dispositif de fourniture de mélange, dispositif caractérisé en ce qu'il

comporte un générateur (21) de signal oscillatoire produi-

sant un signal oscillatoire périodique d'une forme d'onde contenant plusieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, l'une au moins desdites parties maximales étant inférieure à une autre desdites parties maximales et l'une au moins desdites parties minimales étant supérieure à

une autre desdites parties minimales, ledit dispositif com-

portant également un circuit (22) de commande de décalage

destiné à décaler le niveau de la ligne centrale dudit si-

gnal oscillatoire, un circuit de commande (24) produisant un signal de sortie de commande en fonction dudit signal

oscillatoire pour commander ledit dispositif électromagné-

tique, un détecteur (19) destiné à détecter la concentra-

tion d'un constituant des gaz d'échappement passant par ladite tubulure d'échappement, ledit détecteur comportant un dispositif (27a) destiné à discriminer les valeurs supérieures à une valeur de référence correspondant au

rapport air-combustible stoechiométrique des valeurs infé-

rieures avec un changement brusque, un circuit de jugement (28) destiné à examiner la forme d'onde du signal de sortie

dudit détecteur et à la comparer avec ledit signal oscilla-

toire afin de détecter une partie éliminée dudit signal

oscillatoire et produire ainsi un signal de jugement corres-

pondant à la partie détectée, un générateur (29) de signal

de décalage produisant un signal de décalage en fonction -

dudit signal de jugement pour régler ledit circuit de comman-

de de décalage, et un circuit (23) de commande d'amplitude destiné à réduire l'amplitude dudit signal oscillatoire quand ledit circuit de jugement produit un signal de jugement

de méme période que le signal oscillatoire.