Brevet FR2739146A1 — publié le 19970328

Etat de la technique. L'invention concerne un procédé de détection de ra- tés de combustion. Les ratés de combustion augmentent l'émission de composants nocifs pendant le fonctionnement d'un moteur à com- bustion interne et peuvent en outre endommager les catalyseurs de la tubulure d'échappement du moteur. Pour satisfaire aux exigences législatives de surveillance embarquée des fonctions concernant les gaz d'échappement, il est nécessaire de détecter les ratés de combustion dans toute la plage des vitesses de ro- tation et de la charge. Dans ce contexte il est connu que lorsque le moteur fonctionne avec des ratés, on rencontre des variations caracté- ristiques de sa vitesse de rotation par rapport au fonctionne- ment normal sans raté. La comparaison de ces courbes de vitesses de rotation entre le fonctionnement normal sans raté et le fonctionnement avec ratés permet de distinguer les deux cas. On connaît un système de détection des ratés de combustion; il se compose de blocs fonctionnels avec des cap- teurs, un traitement de signal et une extraction des caracté- ristiques ainsi qu'un classement (figure 1). Les moyens de détection comprennent par exemple des durées de segments, c'est-à-dire des durées au cours desquelles le vilebrequin par- court une plage angulaire prédéterminée. Dans le bloc corres- pondant à l'extraction des caractéristiques, à partir des durées des segments, on forme des signaux de caractéristiques à partir desquelles on peut connaître dans le bloc de classement suivant, les ratés de combustion ou effectuer des comparaisons avec des seuils ou appliquer des réseaux neuronnaux ou autres procédés connus. Un système reposant sur des comparaisons de seuil est déjà connu selon le document DE-OS 41 28 765. Selon ce procédé connu, les segments sont formés par exemple par marquage d'une roue phonique couplée au vile- brequin. La durée des segments au cours de laquelle le vilebre- quin parcourt cette plage angulaire dépend entre autres de l'énergie transformée dans ce cycle de combustion. Les ratées augmentent la durée des segments détectés de façon synchrone sur l'allumage. Selon le procédé connu, à partir des différen- ces des durées des segments, on calcule une mesure de l'irrégularité de fonctionnement du moteur; on compense en ou- tre les évolutions dynamiques lentes, par exemple la montée de la vitesse de rotation du moteur pour les accélérations du vé- hicule, en procédant par le calcul. Une irrégularité de fonc- tionnement calculée de cette manière pour chaque allumage, est également comparée en synchronisme avec l'allumage à un seuil prédéterminé. Le dépassement de ce seuil dépendant le cas échéant de paramètres de fonctionnement comme la charge et la vitesse de rotation est considéré comme un raté. Ce procédé re- pose ainsi en définitive sur l'extraction des caractéristiques dans la plage de temps. Selon les documents US-A-5 200 899 et US-A- 239 473, on connaît d'autres procédés qui utilisent la trans- formation des signaux de rotation dans la plage des fréquences par une transformation discrète de Fourrier. La représentation des résultats permet une application par blocs de la transfor- mation aux signaux de vitesses de rotation; on peut par exem- ple avoir un bloc qui se compose par exemple de m signaux de vitesse de rotation obtenus pendant une rotation du vilebre- quin. Toutefois, cela ne résout par de manière optimale chaque raté séparé. Si par contre, on effectue la transformation en continu, c'està-dire si l'on décale le bloc d'exploitation des m signaux de vitesses de rotation, chaque fois de moins d'une rotation du vilebrequin, on rencontre des inconvénients dans la détection des ratés permanents. Ces procédés représentent les résultats d'une ana- lyse apparemment par blocs dans la plage des fréquences et ne cherchent pas une exploitation plus poussée des caractéristi- ques obtenues. Contrairement à cela, la présente invention con- cerne un système de classement complet des ratés de combustion. Il repose sur un signal caractéristique obtenu par l'exploitation des variations de vitesses de rotation à l'aide de la modification du signal. L'obtention d'un tel signal ca- ractéristique est décrite dans le document DE 19531845.5 qui sera supposé ici comme intégralement publié. En résumé, le do- cument ainsi rappelé concerne un procédé de détection des ratés de combustion utilisant un premier signal au cours duquel appa- raît l'irrégularité du mouvement de rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne et dans lequel on génère un second signal périodique dont la période correspond à celle d'un cycle de fonctionnement du moteur à combustion interne ou à cette pé- riode divisée par un nombre entier k et qui présente une rela- tion de phase fixe par rapport au mouvement de rotation du vilebrequin; le second signal modulé par un signal dépendant du premier signal est filtré; le troisième signal modulé, ob- tenu par modulation et filtrage, est utilisé pour reconnaître les ratés de combustion et pour identifier le cylindre concer- né. Le troisième signal représente ainsi par rapport à l'étage de classification suivant, un signal de caractéristiques d'entrée donnant une image de l'irrégularité du mouvement de rotation du vilebrequin du moteur selon l'ordre k. Dans la suite, on aura k = 1 de sorte que le troisième signal repré- sente notamment la composante du premier signal qui se produit à la fréquence du vilebrequin, et qui est caractéristique du raté. Le signal caractéristique ainsi obtenu contient à la fois des informations de fréquence et des informations de plage de temps; l'écart signal/bruit augmente considérablement pour les niveaux de classification suivants. La caractéristique de base de l'invention concerne le classement, c'està-dire la détection de ratés de combustion ainsi que l'identification du cylindre concerné. La présente invention a pour but de permettre une détection fiable des ra- tés de combustion notamment dans la plage critique des charges faibles aux vitesses de rotation élevées ou pour un nombre de cylindrées élevé. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la détection est faite sur la base d'un premier signal de caractéristiques d'entrée, complexe qui contient l'irrégularité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de durée de segments) du moteur à combustion interne, du premier ordre et sert de signal caractéristique pour détecter les ratés perma- nents ainsi que le signal caractéristique pour détecter les ra- tés isolés. Un avantage de l'invention réside dans l'exploi- tation des informations de fréquence et de plage de temps con- tenues dans le signal caractéristique utilisé pour l'exploi- tation; cela augmente considérablement l'écart signal/bruit. La séparation de l'exploitation des ratés perma- nents et des ratés épisodiques permet d'améliorer considérable- ment la sécurité de la détection grâce aux moyens suivants: Soustraction du signal de référence, Degré de filtrage différent, Longueur de filtre différente, Discrimination de phase supplémentaire pour des ratés isolés, les autres avantages communs sont les suivants: Sécurité de la détection des ratés de combustion aux: vitesses de rotation importantes, faibles charges, grand nombre de cylindre, Identification certaine des cylindres. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre le domaine technique de l'invention, - la figure 2 décrit un exemple de réalisation sous la forme d'un schéma par blocs fonctionnel, - les figures 3 et 4 montrent chacune un signal d'entrée caractéristique ts(n) de l'étage d'extraction de ca- ractéristiques pour des ratés permanents et des ratés isolés, dans le cas d'un moteur à 12 cylindres, - les figures 5 et 6 montrent à titre d'exemple l'impression du signal caractéristique appliqué au classement, pour des ratés permanents et des ratés isolés, - la figure 7 montre le signal de référence qr(n). - la figure 8 montre le tracé de l'importance du signal de référence, - la figure 9 montre un signal tel que ceux utili- sés selon l'invention pour reconnaître des ratés séparés, - la figure 10 montre le signal de traitement de la figure 9, - la figure 11 montre l'amplitude du signal de la figure 10, - la figure 12 montre un signal obtenu par discri- mination de phase du signal de la figure 11. La figure 1 montre un schéma par blocs 1 avec des capteurs, une roue phonique 2 munie de repères 3 ainsi que d'un capteur d'angle 4 et d'un bloc 5 schématisant l'extraction des caractéristiques, d'un bloc 6 schématisant le classement et d'un moyen 7 pour afficher l'arrivée de ratés de combustion. Le mouvement de rotation du vilebrequin du moteur à combustion in- terne couplé à la roue capteur d'angle est transformé à l'aide du capteur d'angle 4 sous forme de capteur inductif, en un si- gnal électrique; la période de ce signal est une image du pas- sage périodique des repères 3 au niveau du capteur d'angle 4. La durée entre une montée et une chute du niveau du signal cor-20 respond ainsi au temps pendant lequel le vilebrequin a continué de tourner dans une plage angulaire correspondant à l'impor- tance d'un repère. Les durées des segments seront traitées ci-après: La figure 2 montre le signal de capteur appliqué à l'entrée de l'étage de traitement de signal et d'extraction de caractéristiques. A l'intérieur de cet étage, on peut traiter le signal par compensation dynamique. L'étage de modulation du signal sert à l'extraction du signal caractéristique qll(n) qui est d'ordre 1. Les figures 3 et 4 montrent chacune un signal d'entrée caractéristique ts(n) avec des ratés permanents et des ratés isolés, pour un moteur à 12 cylindres tournant à une vi- tesse de 5600 T/min et sous une charge de 32 %. La faible dis- tance parasite du signal est apparente. Les figures 5 et 6 montrent à titre d'exemple les impressions du signal caractéristique qll(n) pour des ratés permanents et séparés, à l'aide de courbes de mesure comme cel- les détectées lors de la réalisation du procédé selon l'invention. Ces figures montrent chaque fois la trajectoire, c'est-à-dire le déplacement en fonction du temps d'un signal des caractéristiques qll (en coordonnées polaires), c'est-à- dire avec l'amplitude et la phase de l'angle. Le point caracté- ristique se déplace principalement à proximité du centre (classe normale), c'est-à-dire avec une faible amplitude et un angle de phase réparti de manière aléatoire comme cela corres- pond à un fonctionnement sans raté. Pour un seul raté, le point passe dans une certaine mesure dans une autre plage (classe) éloignée d'une certaine distance du centre et possède une phase définie d'une manière comparativement précise. Cette figure montre clairement que même quelques ratés séparés se détectent à l'aide de l'invention et correspondent à un cylindre. La figure 6 montre de manière correspondante les conditions existantes pour des durées permanentes dans diffé- rents cylindres. Il apparaît que les points caractéristiques des ratés sont concentrés dans différents cylindres dans des plages significativement différentes les unes des autres, (classes) du système de coordonnées et peuvent ainsi se distin- guer. En mot clé le signal caractéristique qll(n) pré- sente les propriétés suivantes: Les espaces des classes concentrées pour des ra- tés permanents, 25. Trajectoire différente pour les ratés isolés des différents cylindres, Amplitude et phases différentes pour les ratés séparés des ratés permanents ainsi que dans un cylindre, Distance entre le saut de coordonnées et la classe normale par suite de variations de torsion, Les ratés isolés peuvent se produire à la fois comme représenté dans les classes normales et dans des classes de ratés permanents. Le passage de la classe normale à la classe des ratés permanents et le retour correspondent chacun à la moitié du tracé du signal d'un raté permanent. Le signal caractéristique qll(n) parcourt le géné- rateur de signal de référence essentiel de l'invention. Il se caractérise en ce que pour des petites variations du signal ca- ractéristique d'entrée, le signal de référence correspond au signal d'entrée filtré par un filtre passe-bas et les grandes variations de signal sont congelées dans le signal de référence et se reproduiront pour des faibles variations de signal. La figure 7 montre le signal de référence qr(n). Du fait de l'effet de filtre passe-bas, les espaces des classes sont beaucoup plus compacts. Le comportement non linéaire du générateur de signal de référence donne des passages plus nets entre les classes. Le signal de référence est relié à l'étage de clas- sement des ratés permanents. Le tracé de l'amplitude du signal de référence (figure 8) sert à la détection des ratés perma- nents par comparaison de seuil. La phase permet de déterminer le cylindre concerné par le raté. Les seuils d'amplitude et de phases peuvent dépendre du champ de caractéristiques. La figure 9 représente le signal caractéristique q12(n). L'effet de la soustraction du signal de référence, la classe de référence se trouvent à l'origine des coordonnées (classe normale sans raté ou une classe avec un raté perma- nent). Le chemin du signal caractéristique comporte un préfiltre pour reconnaître les ratés séparés. Celui-ci est ca- ractérisé en ce que par formation de la valeur moyenne à l'intérieur d'une fenêtre glissante, on forme un signal dérivé qrs(n) pour reconnaître les ratés isolés et ce signal dérivé est annulé lorsque les valeurs du signal à l'intérieur de la fenêtre dépassent une certaine distance par rapport à la valeur moyenne. Les propriétés de ce signal (figure 10) peuvent se dé- duire de la comparaison avec la figure 9. Du fait de l'effet de filtre passe-bas, la dispersion des valeurs du signal et des plages des phases pendant les ratés permanents sont petites. Le comportement non linéaire du préfiltre donne des passages abrupts entre les classes de référence et les différents ratés. La représentation de l'amplitude qrs(n) permet en moyenne de reconnaître un bond d'intervalle signal/bruit. Ce signal est soumis à une discrimination de phases dans le bloc de classement des ratés isolés. Comme le signal caractéristique ne peut représenter un raté isolé que si sa phase ne dépasse pas la zone associée à un cylindre qui en cours d'allumage, au cas contraire, ce signal est annulé. Des propriétés de signal (figure 12) découlent de la comparaison avec la figure 11. Il apparaît une réduction encore plus forte des parasites ainsi que la suppression également de quelques ratés. Dans le bloc de classement des ratés séparés on conclut en outre à partir de l'amplitude du signal caractéris- tique, de la présence des ratés de combustion et la phase per- met de se lier au cylindre concerné. La représentation en amplitude et en phases peut dépendre du champ de caractéristi- ques. A partir des propriétés des signaux, il est connu que les tracés de la caractéristique qll(n) pour le changement d'état entre la classe normale et la classe permanente sont très voisins de ceux d'un raté isolé. En conséquence, lors du changement d'état dans le bloc de reconnaissance des ratés per- manents, on génère un bit de déclenchement F_moc. Ce bit assure dans le bloc de reconnaissance des ratés séparés, un effacement a posteriori de ratés isolés, déjà reconnus dans cette plage. Dans le bloc pour l'exploitation des signaux de dé- cision ec(n) et ers(n), qui contiennent l'information relative aux ratés permanents et aux ratés isolés, on peut générer un signal pour commander le voyant de défauts. La figure 2 montre en outre le bloc de l'horloge angulaire. Ce bloc génère un signal de phases Wl(n) à partir de la cadence synchrone et du bit du cylindre 1; ce signal par- court une fois 360 par cycle de fonctionnement. Ce signal sert aux blocs de classement à discriminer la phase et à identifier les cylindres. R E V E N D I CATIONS 1 ) Procédé de détection de ratés de combustion caractérisé en ce que la détection est faite sur la base d'un premier signal de ca- ractéristiques d'entrée, complexe qui contient l'irrégularité du mouvement de rotation (sur la base de la vitesse de rotation ou de durée de segments) du moteur à combustion interne, du premier ordre et sert de signal caractéristique pour détecter les ratés permanents ainsi que le signal caractéristique pour détecter les ratés isolés. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on filtre le signal caractéristique d'entrée par filtrage passe-bas pour former un signal de référence servant de signal caractéristique pour reconnaître les ratés permanents et la différence entre le signal caractéristique d'entrée et le si- gnal de référence est utilisée pour former une caractéristique servant à reconnaître les ratés isolés. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que par filtrage non linéaire on forme un signal de référence uti- lisé comme signal caractéristique pour la détection des ratés permanents et la différence entre ce signal caractéristique d'entrée et le signal de référence sert à former une caracté- ristique pour détecter les ratés séparés. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour les petites variations du signal caractéristique d'entrée, le signal de référence correspond au signal d'entrée ayant tra- versé le filtre passe-bas et pour des grandes variations, le signal de référence est bloqué jusqu'à ce qu'arrivent de nou- veau de petites variations de signal. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que à partir de l'amplitude du signal caractéristique pour recon- naître les ratés permanents, on conclut à la présence de ratés permanents et à partir de la phase on détermine le cylindre concerné.5 6 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que à partir du signal pour reconnaître les ratés isolés, en for- mant la valeur moyenne à l'intérieur d'une fenêtre glissante, on forme un signal dérivé pour reconnaître les ratés isolés et ce signal dérivé est annulé si les valeurs des signaux à l'intérieur de la fenêtre dépassent une distance déterminée par rapport à la valeur moyenne. 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal caractéristique des ratés isolés ou des signaux dé- duits de celui-ci ne peut représenter un raté isolé que si leur phase ne dépasse pas une zone associée au cylindre actuellement en cours d'allumage (discrimination de phase). ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que à partir de l'amplitude du signal caractéristique des ratés isolés et des signaux qui sont déduits, on conclut à la pré- sence de ratés de combustion et la phase permet de déterminer le signal concerné. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que au passage entre la classe normale et les classes des ratés permanents, on efface de nouveau a posteriori les ratés isolés, une fois reconnus.