Brevet FR2739140A1 — publié le 19970328

La présente invention concerne un procédé pour dé- tecter des ratés de combustion sur la base d'un premier signal particulier d'entrée, dans lequel l'irrégularité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de seg- ments de temps) du moteur à combustion interne se fait repré- senter à l'intérieur du premier ordre dont la valeur absolue est comparée à une première valeur de seuil et à une deuxième valeur de seuil plus grande, et sur la base d'autres signaux particuliers d'entrée dans lesquels l'irrégularité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de seg- ments de temps) du moteur à combustion interne se fait repré- senter à l'intérieur d'autres ordres dont le nombre dépend du nombre des cylindres du moteur à combustion interne et dont les valeurs absolues sont comparées chacune à une valeur de seuil15 associée à chaque ordre. Des ratés de combustion conduisent à une augmenta- tion des matières polluantes émises, quand le moteur à combus- tion interne est en fonctionnement et peuvent, en outre, conduire à un endommagement du catalyseur dans la ligne d'échappement du moteur. Pour satisfaire aux exigences régle- mentaires en ce qui concerne le contrôle de bord des fonctions qui relèvent des gaz d'échappement, il est nécessaire d'avoir une détection des ratés de combustion dans toute la gamme des vitesses de rotation et des charges. A cet égard, on sait que25 lors du fonctionnement avec des ratés de combustion, il se pro- duit des variations caractéristiques du déroulement de la vi- tesse de rotation du moteur à combustion interne par rapport au fonctionnement normal sans ratés. Par la comparaison de ces dé- roulements de la vitesse de rotation, on peut faire la diffé- rence entre un fonctionnement normal sans ratés de combustion et un fonctionnement avec des ratés. Un système de détection pour des ratés de combus- tion consiste en des blocs fonctionnels d'analyse sensorielle, de retraitement de signaux et d'extraction, et de classifica- tion des données particulières (figure 1). L'analyse senso- rielle permet de détecter par exemple des segments de temps, c'est-à- dire des temps pendant lesquels l'arbre de vilebrequin parcourt une zone angulaire prédéterminée de rotation. Dans le bloc d'extraction des données particulières on forme, à partir des segments de temps, des signaux particuliers à partir des- quels on détecte des ratés de combustion par exemple par compa- raison à des valeurs de seuil ou aussi en utilisant des réseaux neuronaux ou d'autres procédés connus dans le bloc de classifi- cation. On connaît déjà, par le document DE-OS 41 38 765, un système qui fonctionne sur la base de comparaisons de va- leurs de seuil. Selon ce procédé connu, les segments sont réalisés par exemple par des marquages sur une roue de détecteur couplée avec l'arbre de vilebrequin. Le segment de temps au cours du- quel l'arbre de vilebrequin parcourt cette zone angulaire, dé- pend entre autres de l'énergie transformée en cycle de combustion. Des ratés conduisent à une augmentation des seg- ments de temps détectés de façon synchrone par rapport à l'al- lumage. Selon le procédé connu on calcule, à partir des différences entre les segments de temps, une mesure de l'insta- bilité de la marche du moteur, des processus dynamiques lents, par exemple l'augmentation de la vitesse de rotation du moteur dans le cas d'une accélération du véhicule, étant compensés en outre par le calcul. Une instabilité de marche calculée de cette manière, pour chaque allumage, est également comparée de façon synchrone avec l'allumage pour une valeur de seuil prédé- terminée. Un dépassement de cette valeur de seuil en fonction, le cas échéant, de paramètres de fonctionnement tels que la charge et la vitesse de rotation, est estimé en tant que raté. Ce procédé se base finalement de cette façon sur l'extraction de données particulières dans la plage de temps. On connaît par les documents US 5 200 899 et US 5 239 473 d'autres procédés qui utilisent pour l'extraction de données particulières la transformation de signaux de vi- tesse de rotation dans la plage de fréquences au moyen de transformations discrètes de Fourier. La représentation des ré- sultats permet de détecter une utilisation par blocs de la transformation en signaux de vitesse de rotation, un bloc pou- vant être formé par exemple à partir de m signaux de vitesse de rotation détectés pendant une révolution de l'arbre à cames. De cette façon des ratés individuels ne sont pas résolus de façon optimale. Si l'on poursuit par contre la transformation de fa- çon glissante, c'est-à-dire si l'on pousse le bloc d'exploita- tion à partir de m signaux de vitesse de rotation respecti- vement de moins d'une révolution de l'arbre à cames, il se pro- duit des inconvénients dans la détection des ratés permanents. Ces déplacements constituent les résultats d'une analyse manifestement par blocs dans la plage de fréquences et n'interviennent pas dans la suite de l'exploitation des parti- cularités obtenues. L'invention, par contre, comprend un système de classification complet pour des ratés de combustion. Il se base sur un signal particulier, qui est obtenu par l'exploitation d'oscillations de la vitesse de rotation au moyen de la modula- tion des signaux. L'obtention d'un tel signal particulier est décrite dans la demande de brevet allemande 19531845.5 qui dans la suite est présumée être développée dans toute son étendue. En résumé, la demande mentionnée décrit un procédé servant à détecter des ratés de combustion, qui fonctionne sur la base d'un premier signal en lequel se reproduit la forme inégale du mouvement de rotation de l'arbre de vilebrequin du moteur à combustion interne, dans le cas duquel est produit un second signal périodique, dont la durée de la période correspond à la durée de la période d'un cycle de fonctionnement du moteur à combustion interne, ou à cette durée de période divisée par un nombre entier k, qui présente une relation de phase fixe par rapport au mouvement de rotation de l'arbre de vilebrequin, dans le cas duquel le second signal est modulé et filtré avec un signal se basant sur le premier signal et, dans le cas du- quel, le troisième signal modulé, provenant d'une modulation et d'un filtrage, est utilisé pour détecter des ratés de combus- tion et pour identifier le cylindre concerné. Le troisième si- gnal constitue de cette façon, en ce qui concerne l'étape suivante de la classification, un signal d'entrée particulier dans lequel se reproduit la forme inégale du mouvement de rota- tion de l'arbre de vilebrequin, du moteur à combustion interne d'ordre k. Le signal particulier ainsi obtenu contient aussi bien des informations de fréquence que des informations de plage de temps avec lesquelles le rapport signal-bruit augmente sensiblement pour les étages suivants de classification. Si on se limite, lors de l'extraction des particu- larités, au premier ordre c'est-à-dire pour k = 1, on n'arrive pas à détecter par exemple des ratés permanents de cylindres disposés symétriquement dans l'ordre d'allumage. En outre, quelques combinaisons de ratés permanents de plusieurs cylindres (ratés multiples) possèdent des frac- tions du premier ordre qui conduisent à une fausse détection, comme raté qui dure, d'un cylindre et à une fausse identifica- tion de cylindres. A partir de cet arrière-plan, l'invention a pour objet de rendre possible une détection fiable de ratés perma- nents dans un ou plusieurs cylindres, en particulier, dans la zone critique des faibles charges aux vitesses de rotation éle- vées et quand le nombre des cylindres est élevé. A cet effet, l'invention concerne un procédé carac- térisé en ce que: - lors du dépassement de la première valeur de seuil par la va- leur absolue du premier signal de données particulières d'en- trée on détecte préalablement un raté permanent sur un cylindre et - lors du dépassement d'au moins une valeur de seuil par la va- leur absolue des autres signaux particuliers d'entrée corres- pondants ou lors du dépassement de la seconde valeur de seuil par la valeur absolue du premier signal de donnée particu- lière un signal de détection pour le raté permanent devient actif sur plusieurs cylindres et - lors d'un signal actif de détention pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres le signal de détection pour des ratés permanents est branché en permanence sur un cylindre de façon inactive et - lors d'un signal de détection inactif pour des ratés perma- nents sur plusieurs cylindres le signal préalable de détec- tion pour des ratés permanents est branché sur un cylindre vers l'extérieur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - on branche un générateur de signaux de référence sur le trajet des différents signaux de données particulières d'entrée avant ou après la formation de la valeur absolue, pour la comparaison avec la valeur de seuil et dans ce générateur de signaux de référence a lieu un lissage du signal au moyen d'un filtre passe-bas linéaire ou non linéaire; - dans le cas d'un signal de détection inactif pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres et dans le cas d'un signal de détection actif pour des ratés permanents sur un cylindre, a lieu une identification du cylindre qui a des ra- tés, identification qui est branchée vers l'extérieur. - dans le cas d'un signal de détection actif pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres, a lieu à partir des signaux de données particulières, une identification d'au moins deux cylindres ayant des ratés en permanence. Dans ce cas, l'essentiel de l'invention concerne la classification. En exploitant des signaux particuliers addi- tionnels, qui sont des autres ordres, l'invention présentée ici permet de détecter des ratés permanents sur plusieurs cy- lindres et rend de cette façon possible une détection et une identification de ratés permanents sur un cylindre. Un avantage de l'invention réside dans le fait que l'on exploite les informations relatives aux gammes de fréquen- ces et aux plages de temps qui existent dans le signal particu- lier utilisé pour l'exploitation, ce qui a pour effet d'augmenter sensiblement le rapport signal-bruit. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée, à l'aide de modes de réalisation repré- sentés sur les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre en détail l'environnement technique de l'invention, - la figure 2 montre un exemple de réalisation dans une représentation par blocs, - la figure 3 montre un signal d'entrée typique ts(n) de l'étage d'extraction des données particulières avec des ratés permanents sur un ou plusieurs cylindres d'un moteur à douze cylindres, - les figures 4, 5 et 6 montrent à titre d'exemple les empreintes de combinaisons de ratés à l'intérieur des mon- tants des signaux particuliers de différents ordres. La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 avec une analyse sensorielle à partir d'une roue de détecteur d'angle 2 qui porte des repères 3 et d'un détecteur d'angle 4, ainsi qu'un bloc 5 qui symbolise l'extraction des données par- ticulières, un bloc 6 qui symbolise la classification et un moyen 7 qui sert à indiquer la survenance de ratés de combus- tion. Le mouvement de rotation de la roue du détecteur d'angle couplé à l'arbre de vilebrequin du moteur à combustion interne, est converti à l'aide d'un détecteur d'angle 4 réalisé comme un détecteur inductif, en un signal électrique dont la périodicité représente une image du passage des repères 3 devant le détec- teur d'angle 4. L'intervalle de temps entre une montée et une descente du niveau du signal correspond en conséquence au temps pendant lequel l'arbre de vilebrequin a continué à tourner d'un angle correspondant à l'étendue d'un repère. Les segments de temps sont retraités dans les éta- pes suivantes comme on l'a représenté dans l'exemple de réali- sation de la figure 2. Le signal de détecteur ts(n) est appliqué à l'en- trée de l'étage de retraitement des signaux et de l'étage d'ex- traction des données particulières. A l'intérieur de cet étage peut avoir lieu une préparation des signaux par compensation dynamique. L'étage de modulation des signaux sert à l'extrac- tion des signaux de données particulières qll(n) à qlk(n) qui sont associés aux ordres 1 à k. La formation des signaux de données particulières peut avoir lieu selon la manière décrite dans la demande de brevet allemande 19 531 845.5. Le nombre nécessaire des ordres dépend du nombre des cylindres et s'énonce comme suit: pour un nombre de cylindres égal à 3: k = 1 pour un nombre de cylindres égal à 4: k = 1,2 pour un nombre de cylindres égal à 5: k = 1,2 pour un nombre de cylindres égal à 6: k = 1,2,3 pour un nombre de cylindres égal à 8: k = 1,2,4 pour un nombre de cylindres égal à 12: k = 1,2,3,4,6. Les signaux de données particulières spécifiques de l'ordre sont mis chacun sur un générateur de signaux de réfé- rence et ensuite sur un formateur de valeur absolue. Le générateur de signal de référence est caractéri- sé par le fait que le signal de référence correspond au signal d'entrée qu'on fait passer dans un filtre passe-bas dans le cas de petites variations du signal de données particulières d'en- trée et par le fait que le signal de référence est gelé dans le cas de grandes variations du signal, jusqu'à ce qu'il se pro-10 duise à nouveau de petites variations de signal. Ensuite, les signaux de données particulières sont soumis, après la formation de la valeur absolue, à une compa- raison avec une valeur de seuil. Les valeurs de seuil peuvent dépendre du champ caractéristique. La figure 3 montre un signal d'entrée typique ts(n) avec des ratés permanents sur un et plusieurs cylindres dans le cas d'un moteur à 12 cylindres qui tourne à 2000 tours par mi- nute et reçoit une charge de 32%. Le faible rapport si- gnal/bruit est étonnant dans le cas d'un raté au banc pour lequel un cylindre sur deux a des ratés. L'ordre d'allumage est le suivant: 1 - 12 - 5 - 8 - 3 - 10 - 6 - 7 - 2 - 11 - 4 - 9 Les figures 4, 5 et 6 montrent à titre d'exemple les impacts des combinaisons de ratés à l'intérieur des signaux de données particulières, qui sont associés aux différents or- dres. Les signaux de données particulières possèdent les propriétés suivantes: - On reproduit nettement le raté permanent d'un cylindre dans le signal de donnée particulière pour l'ordre 1. Des ratés multiples permanents répartis de façon asymétrique sur les cylindres causent une amplitude d'au moins une fois et demie plus grande. Des ratés multiples permanents, répartis par paires de façon symétrique sur les cylindres et des ratés au banc, ne produisent pas de fractions. La courte fraction dans le cas du cylindre 1 + 6 est à attribuer au débranchement dé- calé dans le temps des deux cylindres. Les ratés répartis de façon symétrique par paires sur les cylindres dans le signal de donnée particulière du 2ème ordre provoquent des fractions qui dépassent du double au moins celles du raté permanent sur un cylindre. Des ratés multiples permanents, répartis de façon asymétrique sur les cylindres, possèdent dans cet ordre également des fractions, alors que les ratés au banc ne sont pas perceptibles. Presque tous les types de ratés permanents produi- sent plus ou moins des fractions caractéristiques du 6ème or- dre. Les fractions du raté au banc dépassent de cinq fois au moins celles du raté permanent sur un cylindre. Ces propriétés constituent le fondement pour l'au- tre exploitation des signaux de données caractéristiques sur la figure 2. Les signaux de données particulières sont soumis après la formation de la valeur absolue, à une comparaison avec une valeur de seuil. Les valeurs de seuil peuvent dépendre du champ caractéristique. Lors du dépassement de la première valeur de seuil par la valeur absolue du premier signal de donnée particulière associé au premier ordre, on détecte au préalable un raté per- manent sur un cylindre. Lors du dépassement d'au moins une valeur de seuil par la valeur absolue des autres signaux particuliers d'entrée qui représentent des ordres plus élevés ou lors du dépassement de la seconde valeur de seuil plus élevée par la valeur absolue du premier signal de donnée particulière, on peut brancher de façon active le signal de détection des ratés permanents sur plusieurs cylindres ecm(n). Grâce à une autre combinaison logique on a l'assu- rance que dans le cas d'un signal de détection actif des ratés permanents sur plusieurs cylindres, le signal de détection des ratés permanents est branché en permanence de façon inactive sur un cylindre ecs(n) et, dans le cas d'un signal de détection inactif pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres, on branche vers l'extérieur le signal de détection mis provisoire- ment pour des ratés permanents sur un cylindre. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé pour détecter des ratés de combustion sur la base d'un premier signal particulier d'entrée, dans lequel l'irrégu- larité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de segments de temps) du moteur à combustion in- terne (1) se fait représenter à l'intérieur du premier ordre dont la valeur absolue est comparée à une première valeur de seuil et à une deuxième valeur de seuil plus grande, et sur la base d'autres signaux particuliers d'entrée dans lesquels l'ir- régularité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de segments de temps) du moteur à combustion in- terne se fait représenter à l'intérieur d'autres ordres dont le nombre dépend du nombre des cylindres du moteur à combustion interne et dont les valeurs absolues sont comparées chacune à une valeur de seuil associée à chaque ordre, procédé caractérisé en ce que: - lors du dépassement de la première valeur de seuil par la va- leur absolue du premier signal de données particulières d'en- trée on détecte préalablement un raté permanent sur un cylindre et - lors du dépassement d'au moins une valeur de seuil par la va- leur absolue des autres signaux particuliers d'entrée corres- pondants ou lors du dépassement de la seconde valeur de seuil par la valeur absolue du premier signal de donnée particulière un signal de détection pour le raté permanent devient actif sur plusieurs cylindres et - lors d'un signal actif de détention pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres le signal de détection pour des ratés permanents est branché en permanence sur un cylindre de façon inactive et - lors d'un signal de détection inactif pour des ratés perma- nents sur plusieurs cylindres le signal préalable de détection pour des ratés permanents est branché sur un cylindre vers l'extérieur. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on branche un générateur de signaux de référence sur le trajet des différents signaux de données particulières d'entrée avant ou après la formation de la valeur absolue, pour la comparaison avec la valeur de seuil et dans ce générateur de signaux de ré- férence a lieu un lissage du signal au moyen d'un filtre passe- bas linéaire ou non linéaire. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un signal de détection inactif pour des ratés permanents sur plusieurs cylindres et dans le cas d'un signal de détection actif pour des ratés permanents sur un cylindre, a lieu une identification du cylindre qui a des ratés, identifi- cation qui est branchée vers l'extérieur. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un signal de détection actif pour des ratés per- manents sur plusieurs cylindres, a lieu à partir des signaux de données particulières, une identification d'au moins deux cy- lindres ayant des ratés en permanence.