Brevet FR2734326A1 — publié le 19961122

Etat de la technique. L'invention concerne un procédé de détection des ratés d'allumage d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres. Les ratés à l'allumage augmentent l'émission des composants polluants pendant le fonctionnement d'un moteur à combustion interne; de plus ces ratés peuvent endommager le catalyseur de la tubulure d'échappement du moteur. Pour respec- ter la réglementation des fonctions embarquées de surveillance des gaz d'échappement, il faut détecter les ratés de combustion dans toute la plage des vitesses de rotation et des charges. Dans ce contexte il est connu que les ratés de combustion pro- voquent des modifications caractéristiques de l'évolution de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne par rapport au fonctionnement normal en l'absence de ratés. La comparaison de ces évolutions de la vitesse de rotation permet de distin- guer entre un fonctionnement normal sans ratés et un fonction- nement avec des ratés. On connaît déjà un tel procédé selon le document DE-OS 41 38 765. Selon ce procédé connu, une plage d'angle de vile- brequin encore appelée segment est associée à chaque cylindre. La durée du segment pendant laquelle le vilebrequin parcourt cette plage d'angle dépend entre autre de l'énergie dégagée25 dans la phase de combustion. Les ratés augmentent la durée du segment détecté de manière synchrone à l'allumage. Selon le procédé connu, à partir de la différence entre la durée des segments, on calcule une mesure de l'irrégularité de fonction- nement du moteur; on compense en outre des opérations dynami- ques lentes, par exemple la montée de la vitesse de rotation au moment de l'accélération du véhicule, en procédant par le cal- cul. Une irrégularité de fonctionnement calculée de cette ma- nière pour chaque allumage est également comparée, en synchronisme avec l'allumage, à chaque seuil prédéterminé. Un35 dépassement de ce seuil dépendant de paramètres de fonctionne- ment tels que la charge et la vitesse de rotation, est considé- ré comme un raté. La sécurité avec laquelle ce procédé permet de dé- tecter les ratés diminue normalement en fonction de la réduc- tion des différents ratés se répercutant sur la vitesse de rotation du vilebrequin. Cette sécurité diminue ainsi en fonc- tion croissante du nombre de cylindres du moteur à combustion interne et de l'augmentation de la vitesse de rotation, ainsi que de la diminution de la charge. Dans ce contexte la présente invention a pour but de développer un procédé améliorant la sécurité de la détection des ratés de moteurs à combustion interne équipés d'un grand nombre de cylindres, et cela même aux vitesses de rotation éle- vées et aux faibles charges. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes: - détection de la durée ts(i) au cours de laquelle le vilebre- quin du moteur balaye une plage d'angle de rotation (9) pré- déterminée pour chaque phase d'allumage (i) du moteur à combustion interne, - calcul d'une mesure Lut(i) de l'irrégularité de fonctionne- ment du moteur en partant d'au moins une durée détectée ts(i) pour chaque phase d'allumage (i) du moteur, - formation d'un vecteur LUTi) d'au moins deux mesures Lut(i), Lut(j) avec au moins deux mesures comme composantes vecto- rielles associées à chaque phase d'allumage (i), - calcul de la distance entre le vecteur LUTi) et au moins un vecteur de référence prédéterminé Rn et/ou Ra, - détection d'un raté de combustion si la distance entre les deux vecteurs satisfait une condition prédéterminée. Les éléments principaux de la solution de l'invention résident dans l'utilisation d'une grandeur vecto- rielle comme grandeur de test de l'irrégularité de fonctionne- ment. En d'autres termes: au lieu de comparer deux valeurs on compare deux ou plusieurs vecteurs à plusieurs dimensions; on forme chaque vecteur, pour chaque allumage, à partir des temps de segment réellement mesurés. Ce vecteur est comparé à au moins un vecteur de référence qui est par exemple caractéristi- que du fonctionnement avec ratés ou du fonctionnement normal. Les vecteurs de référence déterminés par exemple de manière em- pirique pour chaque point de fonctionnement individuel sont en- registrés dans un champ de caractéristiques. Cela développe ainsi la comparaison unidimension- nelle connue d'une grandeur de test d'irrégularité de fonction- nement, à un seuil, pour effectuer une comparaison à plusieurs dimensions. Cette extension à plusieurs dimensions augmente la sécurité de la détection des ratés dans les plages critiques de charge/vitesse de rotation, toutefois seulement si le vecteur de référence est chaque fois bien adapté au point de fonction- nement réel défini par la charge et la vitesse de rotation. Pour éviter un grand nombre de vecteurs de référence pour tou- tes les paires de vitesses de rotation et de charges qui se produisent également à des accélérations positives et négati- ves, on combine la formation vectorielle de la grandeur de test d'irrégularité de fonctionnement, à une compensation dynamique des différents éléments du vecteur. Cela signifie que l'on com- pense des opérations dynamiques lentes comme par exemple la montée de la vitesse de rotation du moteur au moment d'une ac- célération du véhicule, en procédant par le calcul au moment de la formation des différents éléments du vecteur représentant l'irrégularité de fonctionnement. Cela permet, avec un nombre limité de vecteurs de référence formés chaque fois pour des conditions stationnaires, d'effectuer également une détection des ratés dans des états de fonctionnement non stationnaires. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre schématiquement le domaine technique de l'invention, - la figure 2 montre un calculateur destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 3 explicite le principe connu consis- tant à former des segments de durée comme base d'une mesure de l'irrégularité de fonctionnement, en utilisant des mesures de vitesse de rotation, - la figure 4 montre l'influence d'une accélération sur la mesure de temps de segment, - la figure 5 montre un ordinogramme d'un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, - la figure 6 montre la comparaison, selon l'inven- tion, des grandeurs vectorielles pour la détection des ratés, - la figure 7 montre un ensemble de vecteurs de ré- férence associés individuellement à des points de fonctionne- ment suivant un champ de caractéristiques 4x4 selon la charge et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. La figure 1 montre schématiquement un moteur à com- bustion interne 1 muni d'une roue phonique 2 comportant des re- pères 3, ainsi que d'un capteur d'angle 4 et d'un appareil de commande 5. Le mouvement de rotation de la roue phonique cou- plée au vilebrequin du moteur à combustion interne, est conver- ti à l'aide d'un capteur d'angle 4 réalisé comme capteur inductif, en un signal électrique; la période de ce signal est une image du passage périodique des repères 3 devant le capteur d'angle 4. La durée entre une montée et une descente du niveau du signal correspond ainsi au temps écoulé pendant lequel le vilebrequin a tourné d'une plage angulaire correspondant à la dimension d'un marquage. Ces durées sont traitées dans un appa- reil de commande 5 constitué par un calculateur qui fournit une mesure LUT pour l'irrégularité de fonctionnement du moteur à combustion interne. Des calculs de la valeur LUT seront donnés ultérieurement. Le calculateur utilisé pour cela peut par exem- ple être construit comme représenté à la figure 2. Une unité de calcul 2. 1 coopère entre le bloc d'entrée 2.2 et le bloc de sortie 2.3 en utilisant les programmes et les données enregis- trés dans la mémoire 2.4. La figure 3a montre à titre d'exemple la subdivi- sion de la roue phonique en quatre segments; chaque segment comporte un nombre prédéterminé de repères ou marquages. Le marquage portant la référence OTk est associé au point mort haut du mouvement du piston pour le cylindre numéro k d'un mo- teur à combustion interne qui dans le présent exemple a huit cylindres et correspond à la phase de combustion de ce cylin- dre. Autour de ce point on a défini une plage d'angle de rota- tion pk qui dans cet exemple s'étend sur un quart des marquages de la roue phonique. De façon analogue aux phases de combustion des autres cylindres on a associé des plages angulaires p1...98 puisqu'il s'agit ici du fonctionnement d'un moteur à quatre temps, le vilebrequin tournant deux fois pour parcourir un cy- cle de fonctionnement total. C'est pourquoi par exemple la5 plage p1 correspond au premier cylindre, la plage p5 au cin- quième cylindre, etc...Les plages angulaires faisant partie d'un tour de vilebrequin peuvent être séparées, être adjacentes ou se chevaucher. Dans le premier cas on aura des marquages auxquels est associée une petite plage angulaire. Dans le se-10 cond cas chaque marquage correspond à une plage angulaire pré- cise et, dans le troisième cas, on a chaque fois les mêmes repères auxquels sont associées les différentes plages angulai- res. Les plages angulaires peuvent avoir n'importe quelle posi- tion et longueur.15 La figure 3b est un graphique représentant le temps ts pendant lequel les plages angulaires sont balayées par le vilebrequin; on a supposé qu'il y avait un raté dans le cylin- dre k. La chute de couple liée aux ratés se traduit par une augmentation du temps (intervalle de temps) ts correspondant.20 Les durées ts correspondent ainsi à une mesure de l'irrégularité de fonctionnement qui convient en principe pour déceler les ratés. Par un traitement approprié des durées ts, notamment en formant la différence entre les intervalles de temps voisins et en normant des différences à la puissance trois de la durée ts(i) pour une phase d'allumage d'indice i, la mesure de l'irrégularité de fonctionnement a les dimensions d'une accélération; comme la pratique l'a montré, cela corres- pond à un meilleur rapport signal/bruit. La figure 4 explicite l'influence des variations de la vitesse de rotation sur la détection des durées ts. Cette figure montre le cas d'une diminution de la vitesse de rotation telle qu'elle se produit de manière caractéristique lorsqu'un véhicule automobile fonctionne en poussée (inertie forcée). Pour compenser cet effet qui s'exprime par un allongement rela- tivement régulier des durées détectées ts, il est par exemple connu de former un terme correctif K dont on tient compte pour le calcul de la valeur de l'irrégularité de fonctionnement, pour compenser l'effet d'allongement. La figure 5 montre un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Après détection des durées de segment ts(i) dans l'étape Sl, on forme au cours de l'étape S2 la va- leur de l'irrégularité de fonctionnement Lut(i) comme fonction des durées de segment, détectées. L'indice i correspond à une certaine phase d'allumage de sorte que les valeurs de l'irrégularité de fonctionnement sont actualisées en synchro- nisme avec l'allumage. Dans le cadre du procédé de l'invention, on considère ces différentes valeurs de l'irrégularité de fonc- tionnement comme des éléments d'un vecteur d'irrégularité de fonctionnement LUT(i) A partir des valeurs successives de l'irrégularité de fonctionnement Lut(i), Lut(i+l),... on forme un vecteur d'irrégularité de fonctionnement LUTi) au cours de l'étape S3; dans le cas d'un moteur à huit cylindres pris comme exemple, pour une phase d'allumage d'indice i ce vecteur se présente comme suit: rLUT Lut(i) = Lut(i, Lut + 1),...,Lut(i + 7)) En d'autres termes, pour un moteur à z cylindres on forme un vecteur de z dimensions; on tient compte chaque fois des valeurs de l'irrégularité de fonctionnement qui sont for- mées pendant un cycle de travail ou une rotation du vilebre- quin. Pour les valeurs réelles des paramètres de fonctionnement correspondant à l'instant de la phase d'allumage d'ordre i, par exemple la charge et la vitesse de rotation, on adresse au cours de l'étape S4, un champ de caractéristiques dans lequel sont enregistrés les vecteurs de référence liés individuelle- ment aux points de fonctionnement. On pourrait envisager par exemple un champ de caractéristiques de quatre fois quatre pour la charge et la vitesse de rotation contenant les vecteurs de référence Rn = (Rn(i), Rn(i + 1),.... Rn(i + 7)); ces vecteurs sont caractéristiques d'un fonctionnement normal sans ratés d'allumage. La figure 7 montre un tel champ de caractéristi- ques. Puis au cours de l'étape S5 on détermine une dis- tance entre les vecteurs réels d'irrégularité de fonctionnement et les vecteurs de référence Rn. Cela peut correspondre par exemple à la distance euclidienne Ae suivante: Ae = V(Lut(i)- Rn(i))2+...+(Lut(i + 7) - Rn(i + 7? En variante, on peut également envisager n'importe quelle autre mesure de distance. Lorsque la distance Ae dé- passe,dans l'étape S6, un seuil SA prédéterminé, on exploite ce dépassement comme la présence d'un raté; par exemple, dans l'étape S7, on incrémente un compteur d'erreur; on augmente par exemple une variable F. Lorsque le nombre d'erreurs F ou la fréquence égale au nombre d'erreurs par unité de temps corres- pondant à l'occurrence des ratés, dépasse une valeur prédéter- minée FS, ce qui est contrôlé au cours de l'étape S8, cela peut être affiché par exemple au conducteur du véhicule par la mise en oeuvre d'une lampe témoin au cours de l'étape S9. Le calcul d'une valeur d'irrégularité de fonction- nement Lut(i) pour la phase d'allumage d'indice i peut se faire dans l'étape S2 avec une compensation des effets dynamiques lents, par exemple de la manière suivante: Lut(i) = terme de base - terme de correction K (compensation dynamique) ts(i + 1) - ts(i) ((ts(i + 5) - ts(i - 3) / 8) ts(i)3 ts(i)3 Généralisée à z cylindres on obtient ts(i + - ts(i) i + ( +1) _- -) Lut(i) = B - K = (i3 - t3 ts(i)3 ts(i)3 (z) = nombre de cylindres du moteur à combustion interne. Pour former le vecteur d'irrégularité de fonction- nement LUT(i) dans l'étape S3, on peut procéder comme suit: on considère les valeurs d'irrégularité de fonctionnement succes- sives pour les phases d'allumage d'indice i, i+1, i+2,... comme des éléments d'un vecteur d'irrégularité de fonctionne- ment LUTi). Cela signifie que, selon l'invention, à partir des différents éléments (ou composants) de vecteur Lut(i), on forme, dans le cas de l'exemple de réalisation d'un moteur à huit cylindres, pour la phase d'allumage d'indice i, le vecteur suivant: LUT(i) = Lut(i), Lut(i + ),...,Lut(i + 7)) De manière générale, pour z cylindres on obtient: LUT(i) = (Lut(i),., Lut(i + z - M) Une variante à cette formation des vecteurs con- siste à utiliser les segments ts(i) directement comme mesures de l'irrégularité de fonctionnement, en formant le vecteur d'irrégularité de fonctionnement de la manière suivante: LUli) = (ts(i), ts(i + l),..., ts(i + z - l)) Il est également possible de former le vecteur d'irrégularité de fonctionnement à partir des différences des durées des segments: t s(i + X - ts(i), t s(i + z) - t s(i + y,.., Lt) ts(i + z- - ts(i + z - 2) En outre, il est possible de représenter le vecteur d'irrégularité de fonctionnement, par exemple de la manière suivante, comme différence d'un vecteur de base B et d'un vec- teur de correction dynamique K: LUT(i) = B - K ts(i + X - ts(i) I ts(i + 2)- ts(i + 1) I B I ts(i + z - 1) - ts(i + z - 2) (ts(i - p + z)- ts(i p))/z s(t(i + 1 - p + z)- ts(i + 1 - p))/z K L(ts(i + z - 2 - p + z)- ts(i + z - 2- p)) / zj (z) = nombre des cylindres du moteur à combustion interne (p) = valeur fixe. Dans les deux exemples de réalisation ci-dessus, on peut remplacer les différences ts(i+j)-ts(i+j-1), pour j = 1, 2..., z, par les durées normées (ts(i+j))/(ts(i)). Pour former une mesure de distance entre les vec- teurs d'irrégularité de fonctionnement réels et les vecteurs de référence Rn dans l'étape S5 on peut utiliser par exemple la mesure euclidienne de la distance Ae: Ae = (Lut(i)- Rn(i))2+...+ (Lut(i + 7)- Rn(i + 7)2 La valeur Ae est représentée par un vecteur d'irrégularité de fonctionnement LUT et un vecteur de réfé- rence Rn à la figure 6. Comme variante des étapes S4, S5, S6 représentées à la figure, on peut prédéterminer chaque fois pour une plage de vitesse de rotation, un vecteur de référence Ra caractéristique du fonctionnement avec des ratés. Dans ce cas on reconnaît un raté si la distance entre le vecteur LULi) formé pour la phase d'allumage (i), et le vecteur de référence Ra, est inférieure à un seuil prédéterminé. Comme autre variante on peut envisager une compa- raison avec deux vecteurs de référence Ra, Rn. Cette va- riante se caractérise en ce que, pour chaque fois une plage de vitesse de rotation de charge, on prédétermine au moins deux vecteurs de référence Rn, Ra; Rn correspond au mode de fonctionnement normal sans ratés et Ra correspond au mode de fonctionnement avec des ratés; on reconnaît un raté si la dis- tance du vecteur LUT(i) pour la phase d'allumage (i) et le vec-5 teur Rn est supérieure à la distance par rapport au vecteur Ra R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé de détection des ratés d'allumage d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan- tes: - détection de la durée ts(i) au cours de laquelle le vilebre- quin du moteur balaye une plage d'angle de rotation (9) pré- déterminée pour chaque phase d'allumage (i) du moteur à combustion interne, - calcul d'une mesure Lut(i) de l'irrégularité de fonctionne- ment du moteur en partant d'au moins une durée détectée ts(i) pour chaque phase d'allumage (i) du moteur, - formation d'un vecteur LUTi) d'au moins deux mesures Lut(i), Lut(j) avec au moins deux mesures comme composantes vecto- rielles associées à chaque phase d'allumage (i), - calcul de la distance entre le vecteur LUTi) et au moins un vecteur de référence prédéterminé Rn et/ou Ra, - détection d'un raté de combustion si la distance entre les deux vecteurs satisfait une condition prédéterminée. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors du calcul d'un seul élément de vecteur (Lut)(i), on forme une grandeur de correction (K) pour l'influence des variations de la vitesse de rotation moyenne du moteur à combustion interne afin de compenser cette influence sur les durées détectées ts(i), et on en tient compte pour le calcul d'un seul élément du vecteur. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que pour différentes plages de charge/vitesse de rota- tion du moteur à combustion interne, on utilise différents vec- teurs de référence. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour chaque fois une plage charge/vitesse de rota- tion, on prédétermine un vecteur Rn caractéristique du mode de fonctionnement normal sans ratés, et en ce qu'on considère qu'il y a un raté si la distance entre le vecteur LULi) cor- respondant à la phase d'allumage (i), et le vecteur de réfé- rence correspondant, Rn dépasse un seuil prédéterminé. ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour chaque fois une plage charge/vitesse de rota- tion, on prédétermine un vecteur Ra caractéristique du fonc- tionnement avec des ratés, et en ce qu'on estime qu'il y a un raté si la distance entre le vecteur LUTi) formé pour la phase d'allumage (i), et le vecteur de référence correspondant Ra, est inférieure à un seuil prédéterminé. 6 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque fois pour une plage charge/vitesse de rota- tion, on prédétermine au moins deux vecteurs de référence Rn et Ra, Rn correspondant au mode de fonctionnement normal sans ratés et Ra correspondant au mode de fonctionnement avec des ratés, et en ce qu'on estime qu'il y a un raté si la dis- tance par rapport au vecteur LUIIi) correspondant à la phase d'allumage (i) et le vecteur Rn, est supérieure à la distance par rapport au vecteur Ra. 7 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour calculer un seul élément de vecteur (Lut(i)), on retranche la grandeur de correction (K) d'un terme de base (B), (B) et (K) étant formés à partir des différentes durées ts(i-j),..., ts(i),..., ts(i+j). 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on a Lut(i) selon la formule suivante: ts(i + X - ts(i) 2 2 Lut(i) = B - K = 3 - t3 ts(i)3 ts(i)3 (z) = nombre des cylindres du moteur à combustion interne. 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vecteur LUT(i) correspond à la formule sui- vante: LUT(i) -= (Lut(i)...,Lut(i + z - i) (z) = nombre des cylindres du moteur à combustion interne. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les durées détectées ts(i) servent directement comme mesures de l'irrégularité de fonctionnement et en ce qu'on forme le vecteur LUT(i) comme suit: LUTIi) = (ts(i), ts(i + 1),...,ts(i + z -) (z) = nombre des cylindres du moteur à combustion interne. 11 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure Lut de l'irrégularité de fonctionnement est formée comme différence des durées ts(i), et le vecteur LUT(i) est défini comme suit: LU' (ts(i + 1) - ts(i), ts(i + z) - ts(i + z.,) LUT=i) t s(i + z- 1)- ts(i + z - 2) (z) =nombre des cylindres du moteur à combustion interne. ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on forme le vecteur LUT(i) comme suit: LUT(i) = B - K r ts(i + X - ts(i) t s(i + 2) - ts(i + 1) B t s(i + z - - ts(i + z - 2)J ( (ts(i - p + z)- ts(i - p))/z (ts(i + 1 - p + z) - ts(i + 1 - p))/ z K= (ts(i + z - 2 - p + z) ts(i + z - 2 - p))/ zJ (z) = nombre des cylindres du moteur à combustion interne, (P) = valeur fixe. 130) Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu' à la place des différences ts(i+j)-ts(i+j-1) pour j = 1, 2,...,z, on utilise les durées (ts(i+j))/(ts(i)) normées de ts(i). 14 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plages des angles de rotation ont une position quelconque et une longueur quelconque.