FR2463283A1 - Dispositif de commande en boucle fermee, notamment pour la commande de l'alimentation d'un moteur a combustion - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE COMMANDE EN BOUCLE FERMEE, NOTAMMENT POUR LA COMMANDE DU RAPPORT AIR-COMBUSTIBLE DU MELANGE FOURNI A UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. IL COMPORTE UN GENERATEUR 21 DE SIGNAL OSCILLATOIRE PRODUISANT UN SIGNAL PERIODIQUE CONTENANT DES IMPULSIONS D'AMPLITUDE IRREGULIERE. UN CIRCUIT DE COMMANDE 24 DELIVRE DES IMPULSIONS EN FONCTION DU SIGNAL OSCILLATOIRE POUR COMMANDER UN DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT DONT LA SORTIE EST DETECTEE PAR UN DETECTEUR 19. LE SIGNAL DE SORTIE DU DETECTEUR EST UTILISE POUR DECALER LA LIGNE CENTRALE DU SIGNAL OSCILLATOIRE AFIN DE FAIRE CONVERGER LA SORTIE COMMANDEE VERS UNE VALEUR VOULUE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULES AUTOMOBILES.

Description

La présente invention concerne un dispositif de com-

mande, par exemple un dispositif de commande du rapport air-combustible pour un système de contrôle d'émission de

moteur à combustion interne avec un catalyseur à triple ef-

fet et, plus particulièrement, un dispositif de commande

du rapport air-combustible pour l'amener à une valeur voi-

sine de celle du rapport stoéchiométrique, afin de permet-

tre un bon fonctionnement du catalyseur à triple effet.

Ce dispositif est un dispositif de commande en boucle

fermée, dans lequel un capteur d'oxygène détecte la te-

neur en oyxgène des gaz d'échappement et délivre un signal électrique indiquant le rapport air-combustible du mélange

fourni par un carburateur. Le dispositif de commande com-

porte un circuit de jugement qui examine le signal de sor-

tie du capteur d'oxygène, an circuit d'intégration connecté au circuit de jugement, un circuit d'attaque qui produit

des impulsions rectangulaires à partir du signal de sor-

tie du circuit d'intégration, et une soupape électromagné-

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

combustible du mélange. Le dispositif de commande déter-

mine si le signal en retour provenant du capteur d'oxygène

est supérieur ou inférieur à une valeur de référence pré-

déterminée correspondant au rapport stoéchiométrique, et

il délivre un signal d'erreur pour la commande de la sou-

pape électromagnétique afin d'établir le rapport air-

combustible du mélange.

Un dispositif de commande en boucle fermée de ce genre oscille de par sa nature, en raison du retard de détection du capteur d'oxygène. Plus particulièrement, le mélange corrigé par la soupape électromagnétique fonctionnant par tout ou rien est admis dans les cylindres du moteur en passant par la tubulure d'admission et il y est bralé, puis il sort ensuite par la tubulure d'échappement. 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 appliquée à la sou-

pape électromagnétique a dépassé le point voulu. Il en

résulte qu'an mélange riche ou pauvre résultant de ce dé-

passement est admis dans le moteur et le capteur d'oxygène détecte l'écart. Une action corrective est alors entreprise, dans le sens opposé. Après cette oscillation de la commande, la variation du rapport aircombustible du mélange converge vers le rapport stoéchiométrique. L'écart du rapport air- combustible du mélange est donc corrigé vers le rapport

stoéchiométrique avec un certain retard. La réduction re-

cherchée des constituants nocifs ne peut donc être atteinte.

Par ailleurs, il a été remarqué que, si le catalyseur à triple effet est exposé à des gaz d'échappement dont le

rapport des constituants s'écarte périodiquement d'un rap-

port moyen en une période appropriée, ce catalyseur peut

être activé pour accentuer l'effet de réduction d'émission.

Un objet de l'invention est donc de réaliser un dis-,

positif de commande dans lequel le signal de sortie com-

mandé oscille d'une façon telle que le sens de l'écart par

rapport à la valeur souhaitée puisse être défini, permet-

tant ainsi de corriger rapidement cet écart par rapport à

la valeur souhaitée.

L'invention concerne donc un dispositif de commande

qui comporte un générateur de signal oscillatoire produi-

sant un signal oscillatoire périodique avec une configu-

ration d'impulsions dont une période consiste en plusieurs parties maximales et plusieurs parties minimales, l'une au moins des parties maximales étant inférieure à une autre de ces parties, et l'une au moins des parties minimales

étant inférieure à une autre de ces parties; le disposi-

tif comporte également un circuit de commande de décalage destiné à décaler le niveau de la ligne médiane du signal oscillatoire, un circuit d'attaque qui produit un signal d'attaque en fonction du signal oscillatoire, un circuit de commande qui reçoit le signal d'attaque et qui produit un signal commandé, un dispositif de détection du signal

commandé, produisant un signal de sortie détecté en fonc-

tion de ce signal commandé, un dispositif de discrimina-

tion entre les valeurs supérieures et les valeurs infé-

rieures du signal de sortie détecté et produisant un troi-

sième signal de sortie, les valeurs supérieures étant au-

dessus d'une valeur souhaitée et les valeurs inférieures étant au-dessous de cette valeur souhaitée; le dispositif comporte également un circuit de jugement qui compare le signal de sortie détecté avec des impulsions standard de même période que celle des impulsions du signal oscilla- toire et qui produit un signal de jugement correspondant à ce signal oscillatoire mais en en supprimant des parties,

et un générateur de signal de décalage produisant un si-

gnal de décalage en fonction du signal de jugement afin de

régler le circuit de commande de décalage.

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 fig. 1 représente schématiquement un dispositif de

commande du rapport air-combustible d'un moteur à combus-

tion interne, La fig. 2 est une courbe de la force électromotrice du capteur d'oxygène en fonction du rapport air-combustible du mélange fourni par un carburateur,

La fig. 3 est un schéma simplifié d'un circuit de com-

mande électronique selon l'invention,

La fig. 4 est une courbe de la relation entre la vi-

tesse du moteur et la période du signal standard, La fig. 5 représente un exemple de signal oscillatoire,

Les fig. 6A et 6B montrent la relation entre le ni-

veau du signal oscillatoire et celui du signal d'attaque, La fig. 7 représente le signal oscillatoire, Les fig. 8 à 10 montrent la relation entre l'écart du signal oscillatoire et le signal de sortie du circuit de jugement, La fig. 11 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention,

La fig. 12 représente un exemple de circuit électro-

nique du dispositif selon l'invention, et La fig. 13 représente des formes d'ondes de signaux

en différents points du circuit de la fig. 12.

La fig. 1 montre donc un carburateur 1 qui communique

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

porte une cuve 3, un venturi 4 dans la tubulure d'admission,

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

cipal 6 et un orifice de ralenti 10 près du papillon 9, com-

muniquant avec la cave 3 par un passage 11 de ralenti. Des

passages de correction d'air 8 et 13 sont prévus en paral-

lèle avec une entrée d'air principale 7 et une entrée 12 de ralenti. Des soupapes électromagnétiques 14 et 15 du

type à tout ou rien sont prévues pour les passages de cor-

rection d'air 8 et 13. L'orifice d'entrée de chaque sou-

pape électromagnétique communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un filtre à air 16. Un capteur d'oxygène 19 est placé dans le 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.

La tension de sortie du capteur d'oxygène 19 varie

brusquement pour un rapport des constituants des gaz d'é-

chappement voisin du rapport air-combustible stoéchiomé-

trique du mélange fourni par le carburateur, comme le mon-

tre la fig. 2, de sorte qu'il est possible de détecter si le mélange aircombustible dans la tubulure d'admission est plus riche ou plus pauvre que le rapport stoéchiométrique,

en détectant la tension V19-délivrée par le capteur d'oxy-

gène 19. Le signal de sortie du capteur 19 est appliqué à un circuit 20 de commande électronique pour commander les soupapes électromagnétiques 14 et 15 fonctionnant par tout

ou rien.

La fig. 3 montre que le dispositif de commande élec-

tronique comporte un générateur 21 de signal oscillatoire

qui produit le signal oscillatoire (a) de la fig. 7 et re-

présenté également sur la fig. 5. Le signal oscillatoire

(a) est appliqué à un circuit de commande 24 par l'inter-

médiaire d'un circuit 22 de commande de décalage, qui sera décrit par la suite, et d'un circuit 23 de commande d'amplitude; le circuit de commande attaque les soupapes - électromagnétiques 14 et 15. Comme le montrent la Fig.5,

et la courbe (a) de la fig. 7, la forme d'onde de la ten-

sion du signal oscillatoire est répétitive cycliquement.

Un cycle de cette forme d'onde comporte deux parties ma-

ximales élevées "a", "c", une partie maximale basse "e", deux parties minimales basses "d", "f" et une partie mi-

nimale moins basse "b". La hauteur "P" de la partie maxi-

male élevée par rapport à la ligne centrale 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 moins profonde "b" par rapport à la ligne centrale O. est - par exemple la moitié de la profondeur "Di" de la partie

minimale basse.

Le circuit de commande 24 produit des impulsions de commande représentées sur la fig. 6A en fonction de la tension d'entrée de la forme d'onde "a". Comme le montre la fig. 6A, une tension plus élevée correspondant à un maximum du signal oscillatoire produit une impulsion de commande dp d'une longue durée, c'est-à-dire avec un fort rapport d'impulsions, tandis qu'une tension plus basse V1 correspondant à un minimum du signal oscillatoire produit

une impulsion Pn plus courte, c'est-à-dire de faible rap-

port d'impulsions. Les soupapes électromagnétiques 14 et sont donc commandées par les impulsions de la fig. 6A, en fonction de la tension du signal oscillatoire (a). Quand les soupapes sont commandées avec des impulsions de longue durée, un-mélange pauvre est produit car la quantité d'air

qui entre est accrue. Des impulsions plus courtes produi-

sent un mélange riche. La variation du rapport air-combus-

tible du mélange fourni par le carburateur est donc re-

présentée par la même forme d'onde oscillatoire.

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

combustible du mélange avec cette forme d'onde oscilla-

toire.

Quand le rapport air-combustible du mélange corres-

pondant à la forme d'onde oscillatoire représentée en (a)

sur la fig. 7 s'écarte de la ligne de rapport stoéchio-

métrique "S" vers le c8té pauvre, la tension de sortie du capteur d'oxygène 17 qui détecte les gaz d'échappement correspondant au mélange varie comme le montre la fig. 7

en (b).

Etant donné que le faible rapport air-combustible du mélange correspondant à la partie minimale basse "e" de la forme d'onde oscillatoire (a) de la fig. 7 se trouve au- dessous de la ligne "S" de rapport stoéchiométrique, le capteur d'oxygène ne produit pas sa tension de sortie dans la partie "e". Par conséquent, la forme d'onde (b) de la fig. 7 ne contient aucune partie correspondant à la partie "e". Mais la tension de sortie contient des perturbations

dS1, dS2 produites par des parasites provenant du moteur.

La tension de sortie (b) du capteur d'oxygène est appliquée à un circuit 27 d'élimination de perturbations comprenant

un circuit différenciateur, par l'intermédiaire d'un com-

parateur 27a. Le circuit 27 différencie la tension de sor-

tie du capteur d'oxygène 19 et produit le signal repré-

senté en (c) sur la fig. 7.

Un circuit 25 de période standard produit un train d'impulsions de période standard. La phase des impulsions produites par le circuit 25 est réglée par un circuit à retard 30 de manière à coïncider 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 réglée est représenté en (d) sur la fig.7.

Le signal-(c) de la fig. 7 est comparé avec le train d'im-

pulsions de période standard réglée, de manière que les

perturbations dS1 et dS2 soient éliminées comme cela ap-

paraît en (e) sur la fig. 7.

Le signal (e) de la fig. 7 est appliqué à un circuit de jugement 28. Ce dernier produit un signal de sortie

rectangulaire, représenté en (f) sur la fig. 7 par le dé-

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

Etant donné que la partie maximale basse "e" du mé-

lange en (a) sur la fig. 7 se trouve sur le côté pauvre, une large partie de niveau bas "w" est produite dans le signal de jugement représenté en (f) sur la fig. 7. Ainsi, le fait que le signal (a) de la fig. 7, lié au mélange, se trouve sur le côté pauvre est détecté par la partie de

niveau bas "w" du signal (f) produit par le capteur d'oxy-

gène 19.

La fig. 9 montre un exemple du signal de jugement (f') produit par le circuit 28 quand le rapport air-combustible du mélange se trouve à sa valeur stoéchiométrique. Il y a lieu de comparer le signal oscillatoire (a) correspondant quand la ligne centrale O a été décalée par rapport à la ligne stoéchiométrique S. Le signal de jugement contient

des impulsions a' à f', chacune de même durée.

La fig. 10 montre un autre exemple d'un signal de ju-

gement f" quand le mélange air-combustible s'écarte vers

le c8té riche. Il y a lieu de comparer le signal oscilla-

toire (a) correspondant quand la ligne centrale 0 a été

décalée vers la ligne stoechiométrique S. Le signal de ju-

gement f" contient une large partie de niveau haut d', e',

f'. Autrement dit, si les parties maximales du signal os-

cillatoire, qui correspondent au rapport air-combustible du mélange, s'écartent de la valeur stoéchiométrique, un signal de jugement de niveau haut sans partie minimale est

produit.

Le signal de jugement (f, f' ou f" suivant le cas) est

appliqué à un générateur 29 de signal de décalage qui pro-

duit un signal de décalage (g) qui dépend de la durée de la partie de niveau haut ou de niveau bas du signal 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) fourni par le générateur 21 de signal oscillatoire, en fonction de ce signal, c'est-à-dire en fonction de l'écart détecté dans les gaz d'échappement, et

qui dépend à son tour du rapport air-combustible du mé-

lange dans la tubulure d'admission.

La fig. 8 montre un exemple de changement de l'écart de la forme oscillatoire du mélange et de la variation du signal de sortie (f) de la fig. 7, provenant du circuit

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

latoire "A" est entièrement décalée du rapport stoéchio-

métrique vers le côté riche, le signal de sortie de niveau haut J'A" est produit sans partie minimale. Ainsi, en fonction du signal de sortie "A", le signal oscillatoire produit par le circuit 21 est décalé sur le côté pauvre

par les circuits de décalage 29 et 22.

Si la forme d'onde oscillatoire représentée en "B" est encore décalée en partie vers le côté riche, un signal de sortie de niveau haut "B" 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 du rap-

port oscillatoire du mélange est détecté à l'instant t1,

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

Si la ligne centrale 0 de la configuration oscilla-

toire du mélange coincide avec le rapport stoéchiométrique, comme les signaux "C", ou si la ligne centrale se trouve dans la plage entre la partie maximale basse "e" de la

fig. 5 et la partie minimale peu profonde "b", des impul-

sions uniformes sont produites. La production d'impulsions uniformes de sortie indique que le rapport air-combustible, détecté par le capteur d'oxygène, est à peu près égal au

rapport stoéchiométrique. Le générateur de signal de dé-

calage 29 ne produit donc aucun signal de sortie lorsqu'il

reçoit des impulsions d'entrée uniformes.

La fig. 11 représente un autre mode de réalisation dans lequel l'invention s'applique à un moteur comportant un dispositif d'admission par injection. Un injecteur de combustible 34 est disposé dans une tubulure d'admission 33, en aval d'un filtre à air 32. L'injecteur 34 communique avec un réservoir à combustible 35 par l'intermédiaire

d'une pompe, non représentée, et d'une conduite 36. L'in-

jecteur 34 est connecté à une unité de commande 37 compor-

tant le dispositif de commande-20 de la fig. 3. Le capteur d'oxygène 19 et un capteur de vitesse 26 sont prévus pour

commander le dispositif 20. Avec cette disposition, l'in-

jecteur de combustible 34 est commandé par le signal oscil-

latoire de la même manière que dans le précédent mode de réalisation, de sorte qu'un bon contr8le d'émission peut

être assure.

La fig. 12 est un exemple d'un circuit électronique pour ce dispositif. Le circuit de jugement 28 comporte un

circuit basculeur D-JK 40. Le capteur de vitesse 26 com-

porte une bobine d'allumage 41 et un contact distributeur 42. La fig. 13 montre les formes d'ondes de signaux en différents points de la fig. 12, ces signaux W1 à W10 étant désignés de la même manière sur les deux figures.

Il apparalt ainsi que l'invention concerne un dispo-

sitif de commande dans lequel le signal de sortie commandé, c'est-à-dire la quantité traitée, est mis en oscillation par un signal oscillatoire dans une configuration telle

qu'un signal d'erreur minimale nécessaire peut être pro-

duit. Ainsi, la variation du signal de sortie converge ra-

pidement vers la valeur voulue. Il faut noter que d'autres signaux oscillatoires avec des configurations différentes que celles illustrées pourraient convenir. Si un capteur autre que le capteur d'oxygène est utilisé et délivre une tension de sortie linéaire, il est nécessaire de prévoir

un comparateur dans lequel la tension de sortie est com-

parée avec un niveau standard correspondant au rapport

stoéchiométrique, afin que la tension de sortie puisse va-

rier brusquement au niveau standard.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de commande en boucle fermée, caracté-

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

cillatoire produisant un signal oscillatoire périodique constitué par des impulsions dans 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 des-

dites parties minimales, un circuit (22) de commande de dé-

calage destiné à décaler le niveau de la ligne centrale dudit signal oscillatoire, un circuit de commande (24) produisant un signal de commande en fonction dudit signal oscillatoire, un dispositif d'actionnement (13, 14) qui reçoit ledit signal de commande pour produire une-sortie commandée, un détecteur (19) destiné à détecter la sortie commandée et à produire un signal de sortie détecté en

fonction de la sortie commandée, un dispositif (27a) des-

tiné à discriminer les valeurs supérieures dudit signal

détecté de valeurs inférieures de ce signal de sortie dé-

tecté et produisant un troisième signal de sortie, lesdites valeurs supérieures étant supérieures à une valeur voulue et lesdites valeurs inférieures étant inférieures à ladite

valeur voulue, un circuit de jugement (28)destiné à com-

parer ledit signal de sortie détecté avec une impulsion

standard de même période que lesdites impulsions dudit si-

gnal oscillatoire, et produisant un signal de jugement

correspondant au signal oscillatoire mais en en suppri-

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

lage destiné à produire un signal de décalage en fonction

dudit signal de jugement pour régler ledit circuit de com-

mande de décalage.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il comporte en outre un circuit (27) d'élimina-

tion de perturbations destiné à éliminer les perturbations

du signal de sortie dudit détecteur.

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un générateur (25) de période

standard destiné à commander la période dadit signal os-

cillatoire et le fonctionnement dudit circuit de jugement

et dadit 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'il coïncide

avec la phase du signal détecté par ledit détecteur.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit (27) d'élimination de perturbations

comporte un circuit différenciateur qui différencie un si-

gnal détecté et un dispositif de comparaison du signal dif-

férencié avec un signal standard provenant dudit circuit à retard de manière à éliminer le signal différencié qui ne

correspond pas au signal standard.

6 - Dispositif de commande du rapport air-combustible

pour un moteur à combustion interne, comportant une tabu-

lure d'admission, une tubulure d'échappement' (17), un dis-

positif de fourniture de mélange air-combustible, et un dispositif électromagnétique (14, 15) destiné à corriger

le rapport air-combustible du mélange fourni par ledit dis-

positif de fourniture de mélange, dispositif caractérisé

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

latoire produisant un signal oscillatoire périodique d'une configuration qui comporte plusieurs'parties maximales et

plusieurs parties minimales, l'une au moins desdites par-

ties maximales étant inférieure à une autre desdites par-

ties maximales et l'une au moins desdites parties mini-

males étant supérieure à une autre desdites parties mini-

males, ledit dispositif comportant également un circuit (22) de commande de décalage destiné à décaler le niveau de la ligne centrale dadit signal oscillatoire, un circuit de commande (24) destiné à produire un signal de commande

en fonction dudit signal oscillatoire, pour commander le-

dit dispositif électromagnétique, un détecteur (19) des-

tiné à détecter la concentration 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 réfé-

rence correspondant au rapport air-combustible stoéchiomé-

trique des valeurs inférieures, 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 compa-

rer avec ledit signal oscillatoire de manière à détecter une partie éliminée du signal oscillatoire pour produire un signal de jugement correspondant à la partie détectée, et

un générateur (29) de signal de décalage destiné à pro-

duire un signal de décalage en fonction dudit signal de ju-

gement pour régler ledit circuit de commande de décalage.

7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de discrimination (27a) fait

partie dudit détecteur (19).

8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de discrimination (27a) est

séparé dadit détecteur (19).

9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de discrimination (27a) produit

une variation brusque à ladite valeur voulue.