Brevet FR2739414A1 — publié le 19970404

Etat de la technique. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un moteur à combustion interne en particulier un moteur à combustion interne de type Diesel, avec au moins un détecteur de bruits de structure ou un détecteur de cognement, avec au moins un premier moyen de filtrage et un second moyen de filtrage, qui présentent des modes de transmission diffé- rents. Un tel procédé et un tel dispositif sont connus par le document DE-OS-31 33 703 (US-A-4 467 634). Dans ce document, on décrit un procédé et un dispositif servant à commander un moteur à combustion interne, comprenant au moins un détecteur de bruit de structure. Le signal de sortie du détecteur de bruits de structure est envoyé à deux filtres, la sortie de l'un des filtres étant le signal utile et la sortie de l'autre filtre servant à détecter des signaux parasites. Au moyen de ce dispositif, on peut uniquement dé- tecter s'il se produit, dans le cas du moteur à combustion in- terne, des bruits de cognement qui proviennent d'une combustion insuffisante. Des paramètres de fonctionnement tels que par exemple le début de l'injection, la fin de l'injection, le dé- but du refoulement, la fin du refoulement et le début de la combustion, ne sont pas détectables par ce mode de procédure. Objet de l'invention. L'invention a pour objet, dans le cas d'un procédé et d'un dispositif du type mentionné au début, de détecter dif- férents paramètres de fonctionnement du moteur à combustion in- terne au moyen du détecteur de bruits de structure. Avantages de l'invention. Avec la façon de procéder selon l'invention il est possible, au moyen d'un détecteur relativement simple, de dé- terminer différents paramètres de fonctionnement tels que le début de l'injection, la fin de l'injection, le début du refou- lement, la fin du refoulement et le début de la combustion, ainsi que d'autres grandeurs dérivant de ces grandeurs. A cet effet, l'invention concerne un procédé et un dispositif caractérisés en ce que le signal du détecteur de bruits de structure ou du détecteur de cognement peut être ame- né aux moyens de filtrage, et qu'en partant des signaux de sor- tie des moyens de filtrage on peut déterminer au moins deux grandeurs qui caractérisent la combustion et/ou l'injection dans le moteur à combustion interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le signal de sortie du premier moyen de filtrage est exploité pour obtenir un signal qui caractérise l'injection. - le signal de sortie du second moyen de filtrage est exploité pour obtenir un signal qui caractérise la combustion. - en partant du signal de sortie du premier moyen de filtrage, on peut obtenir un signal qui indique un début de l'injection et/ou une fin de l'injection. - en partant du signal de sortie du second moyen de filtrage, on peut obtenir un signal qui caractérise un début de la com- bustion. - les signaux peuvent être utilisés pour faire un diagnostic et/ou pour assurer la régulation du moteur à combustion in- terne. Dessins. La présente invention sera décrite ci-après de ma- nière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation repré- senté sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un moteur Diesel à quatre cylindres; - la figure 2 représente l'exploitation des signaux de deux détecteurs de cognement; la figure 3 représente des signaux de détection typiques sur quatre phases de combustion d'un cylindre; - la figure 4 représente les signaux étendus dans la temps sur une phase de combustion; - la figure 5 représente différents signaux en fonction du temps; - la figure 6 représente un diagramme fonctionnel; - la figure 7 représente un procédé de calibrage; la figure 8 représente la commande sous la forme d'une régulation. Dans le cas des moteurs Diesel, le début de l'in- jection, le début du refoulement ou le début de la combustion constituent une grandeur caractéristique essentielle, signifi- cative de la combustion. Pour optimiser le rendement du moteur et pour minimiser l'émission de matières polluantes et de bruits, il est nécessaire de maintenir de façon très précise le début de l'injection nécessaire pour l'état correspondant de fonctionnement du moteur à combustion interne, et le début de la combustion qui en résulte. En règle générale on n'y parvient pas avec une pure commande du début de l'injection. Dans le cas de systèmes connus, on mesure en conséquence l'ouverture de l'aiguille de l'injecteur dans la cas d'un cylindre du moteur à combustion interne, au moyen de ce qu'on appelle un capteur du mouvement de l'aiguille. A partir de là on peut déterminer le début d'injection voulu dans le cas de ce cylindre. On ne peut pas détecter de cette façon des tolérances du début d'injection propres à un cylindre dans le cas des autres cylindres. Pour cela il serait nécessaire d'avoir un capteur de mouvement d'ai- guille par cylindre, ce qui entraînerait un coût élevé corres- pondant. Avec le procédé que l'on va décrire ci-après, il est possible d'avoir une détection, propre à chaque cylindre, du début d'injection et/ou du début de la combustion, avec seu- lement un détecteur de bruits de structure monté sur le moteur à l'extérieur. De cette façon on obtient des avantages considé- rables en ce qui concerne les coûts, et des avantages fonction- nels considérables par rapport aux systèmes connus jusqu'ici. On a représenté de façon schématique sur la figure 1 un moteur à combustion interne de type Diesel à quatre cylin- dres avec deux détecteurs de bruits de structure 110 et 111 montés sur le moteur de façon à assurer une conduction acousti- que. On a désigné par la référence 115 un capteur de mouvement d'aiguille et par 120 un capteur de pression dans le cylindre. On a désigné par 104 les conduites d'air frais et par 102 les conduites d'échappement. Sur la figure 2 on a représenté l'exploitation des signaux des deux détecteurs de cognement 110 et 111. Le signal de sortie du premier détecteur de cognement 110 arrive, par l'intermédiaire d'une correction de temps de transit 201, à un sélecteur de cylindres 220. Le signal de sortie du second dé- tecteur de cognement arrive de façon correspondante, par l'in- termédiaire d'une seconde correction de temps de transit 202, au sélecteur de cylindres 220. A partir du sélecteur de cylindres 220 le signal passe dans un premier filtre passe-bande 210 et dans un second filtre passe-bande 215. Les signaux de sortie des passe-bande arrivent à un retraitement de signaux 230 qui actionne à son tour un appareil de commande de moteur 240 avec des signaux. En outre des signaux de sortie des passe-bande 210 et 215 arrivent à la commande de moteur 240. Le retraitement de signaux re- traite en outre des signaux des différents détecteurs 235. Ce dispositif fonctionne alors de la façon sui- vante: le temps de transit des différents signaux allant d'une source de signaux aux différents détecteurs de cognement 110 et 111, est variable. Ce temps de transit est compensé par les correcteurs de temps de transit 201 et 202. La détection des cylindres associe le signal à un détecteur déterminé en partant de l'amplitude du signal qui est à son tour fonction de la dis- tance entre la source de signaux et le détecteur,. De cette fa- çon on peut établir une correspondance entre le signal détecté et le cylindre correspondant. En principe, on peut aussi réaliser la manière de procéder décrite ci-après avec un détecteur de bruits de struc- ture. En utilisant deux ou plusieurs détecteurs de bruits de structure on peut améliorer sensiblement la qualité des si- gnaux. Il est en particulier avantageux de disposer les détec- teurs de bruits de structure à des endroits différents dans l'espace, sur le moteur. En additionnant les signaux, après correction du temps de transit, on peut accroître sensiblement le signal utile par comparaison avec les signaux parasites. En outre, en utilisant plusieurs détecteurs, on peut détecter, par comparaison des signaux, une défaillance des différents détec- teurs. Selon l'invention on a prévu que le premier filtre passe-bande présente des fréquences de coupure de 10 kHz et kHz. Le second filtre passe-bande présente des fréquences de coupure de 500 Hz et 4 kHz. Ces valeurs de fréquence ne consti- tuent que des valeurs indicatives et peuvent varier selon le type du moteur à combustion interne. Les filtres passe-bande filtrent les signaux de sortie des détecteurs de cognement 110 ou 111. En partant des signaux filtrés, le retraitement des signaux permet de détermi- ner des grandeurs différentes qui caractérisent l'injection ou la combustion. Les signaux ainsi obtenus sont utilisés par le système de commande du moteur pour commander et régler le mo- teur à combustion interne.10 Sur la figure 3 on a porté des signaux typiques de détection des détecteurs de cognement sur quatre phases de com- bustion d'un cylindre, c'est-à-dire sur un angle de rotation de l'arbre de vilebrequin de 4 * 7200. On a porté sur la figure partielle 3a la pression P d'un cylindre, sur la figure par-15 tielle 3b la course H de l'aiguille de l'injecteur d'un cylin- dre, sur la figure partielle 3c le signal de sortie du premier détecteur de bruits de structure, et sur la figure partielle 3d le signal de sortie du second détecteur de bruits de structure. Dans ce cas la position du premier détecteur de bruits de structure se trouve à proximité du cylindre 1 et celle du second détecteur de bruits de structure se trouve à proximité du cylindre 4. Sur la figure 4 on a représenté les signaux corres- pondants, étendus dans le temps sur une phase de combustion. Pendant la montée de la pression dans le cylindre, il se pro- duit un premier mouvement du capteur de mouvement de l'aiguille avec une petite intensité. Après un court temps de retard a lieu la deuxième montée du signal du capteur de mouvement de l'aiguille. La première montée peut être associée à une préin-30 jection. L'amplitude des détecteurs de bruits de structure s'accroît en même temps que la survenance du premier signal. Avec la survenance de la seconde montée du capteur de mouvement de l'aiguille, peu avant que la pression dans le cylindre n'at- teigne son maximum, l'amplitude du détecteur de bruits de structure croît fortement. On a porté, en fonction du temps, sur la figure 5a à nouveau la pression dans le cylindre, sur la figure 5b le si- gnal de sortie du capteur de mouvement de l'aiguille, sur la figure 5c le signal de sortie de l'un des détecteurs de cogne- ment, sur la figure 5d le signal de sortie du second filtre passe-bande et sur la figure 5e le signal de sortie du second filtre passe-bande. Dans le cas des petites quantités de carbu- rant prévues pour la préinjection, l'aiguille de l'injecteur ne s'ouvre pas en général jusqu'à la butée supérieure. Lors de la préinjection, on peut seulement détecter le heurt de l'aiguille sur la butée inférieure à l'extrémité du processus d'injection. A cet instant, les fractions à haute fréquence du signal de sortie du détecteur de cognement augmen- tent. On a désigné cet instant par la référence VE. L'aiguille du capteur de mouvement d'aiguille se déplace, lors de l'injection principale, jusqu'à la butée supé- rieure. A cet instant augmente également l'amplitude du signal de sortie du détecteur de cognement et, dans ce cas en particu- lier, les fractions à haute fréquence. On a désigné cet instant par la référence HE. Le début de l'injection principale est détecté quand l'aiguille se déplace, lors de l'ouverture, jusqu'à la butée supérieure. On détecte cet instant à partir de la crois- sance du signal de sortie du premier filtre passe-bande au- dessus d'une première valeur de seuil. En partant du signal de sortie du second filtre passe-bande, c'est-à-dire en partant des fractions à basse fré- quence du signal, on détecte le début de la combustion. On dé- tecte le début de la combustion quand le signal de sortie du second filtre passe-bande dépasse une valeur de seuil. On va expliciter ci-après, à partir du diagramme fonctionnel selon la figure 6, la détection des différents si- gnaux. Le programme démarre dans une première séquence 600. A ce moment les contenus de tous les compteurs sont remis à zéro. A la séquence 605, on détermine une première valeur W pour le compteur de temps Zl en fonction de différentes conditions de fonctionnement. Cette valeur indique l'intervalle de temps à l'intérieur duquel a lieu habituellement une préinjection. A la séquence suivante 610 on prédéfinit la valeur de seuil Sl. Cette prédéfinition de la valeur de seuil a lieu de préférence en fonction de l'amplitude du signal du détecteur de cognement. Par l'interrogation 615 on vérifie si le signal de sortie K1 du premier filtre passe-bande est plus grand que la valeur de seuil Si. Si ce n'est pas le cas on fait avancer le compteur Z1 de un à la séquence 620. Par l'interrogation sui- vante 625 on vérifie si le compteur Z1 est plus grand que la valeur W. Si ce n'est pas le cas, ceci signifie que l'inter- valle de temps à l'intérieur duquel a lieu habituellement la préinjection, n'est pas encore écoulé, alors on renouvelle l'interrogation 615. Si, par l'interrogation 625, on détecte que l'intervalle de temps à l'intérieur duquel doit avoir lieu habituellement une préinjection, s'est écoulé, on détecte à la séquence 630 qu'il ne s'est pas produit de préinjection. Pour cela on met une mémoire KVE sur une valeur prédéfinie. Si par l'interrogation 615, on détecte que le signal de sortie Ki est plus grand que la valeur de seuil S1, on met dans la mémoire VEE, à la séquence 640, l'instant de fin de la préinjection. A la suite de la séquence 630 ou 640, on détermine à nouveau à la séquence 650 la valeur W. Cette valeur W indique dans quel intervalle de temps a lieu le début de l'injection principale. Ensuite on détermine à la séquence 655 la valeur de seuil S2. Par l'interrogation 660 on vérifie si le signal de sortie du premier filtre passe-bande K1 est plus grand que la seconde valeur de seuil. Si ce n'est pas le cas, on augmente à la séquence 665 un second compteur Z2 de un. Par l'interroga- tion 670 on vérifie si la valeur Z2 est plus grande que la va- leur W. Si ce n'est pas le cas, c'est-à-dire si l'intervalle de temps à l'intérieur duquel doit commencer l'injection princi- pale n'est pas encore écoulé, on répète l'interrogation 660. Si c'est le cas, c'est-à-dire si l'intervalle de temps est écoulé, on détecte alors à la séquence 675 qu'aucune injection princi- pale n'a eu lieu, c'est-à-dire qu'on met la mémoire KHE qui in- dique qu'aucune injection principale n'a eu lieu. Si par l'interrogation 660 on détecte que le signal de sortie K1 du premier filtre passe-bande est plus grand qu'une valeur de seuil S2, on détecte alors à la séquence 680 le début de l'in- jection principale et on met en mémoire l'instant HEB du début de l'injection principale. A la suite de la séquence 675 ou 680 on calcule à la séquence 685 la valeur W. Ensuite on détermine à la séquence 690 la valeur de seuil S3. Par l'interrogation suivante 691 on vérifie si le signal de sortie du deuxième filtre passe-bande est plus grand que la valeur de seuil S3. Si ce n'est pas le cas, on augmente le compteur Z3 de un à la séquence 692. Par l'interrogation suivante 693 on vérifie si le contenu du comp- 10 teur Z3 est plus grand que la valeur W. Si ce n'est pas le cas, c'est- à-dire si l'intervalle de temps à l'intérieur duquel doit avoir lieu le début de la combustion après le début d'injection détecté, n'est pas encore écoulé, on renouvelle l'interrogation 691. Si par l'interrogation 693 on détecte que l'intervalle de temps est déjà écoulé, on détecte à la séquence 694 qu'aucun début de combustion n'a eu lieu, c'est-à-dire que la mémoire KVB est mise en conséquence. Si par l'interrogation 691 on dé- tecte que le signal de sortie K2 du second filtre passe-bande est plus grand que la valeur de seuil, on détecte à la séquence20 695 le début de la combustion et on met en mémoire l'instant VB du début de la combustion. Lors de chaque phase de combustion ce programme se déroule une seule fois. Il est particulièrement avantageux que le programme ci-dessus se déroule en parallèle. Ceci signifie25 que les séquences 605 à 640, les séquences 650 à 680 et les sé- quences 685 à 695 constituent respectivement un parcours et se déroulent en même temps. Sur la figure 7 on a représenté un procédé de cali- brage d'un ensemble vide sous la forme d'un diagramme fonction- nel. Dans une première séquence 700 on a mis sur zéro une durée de commande de l'injecteur T1. Cette durée de commande T1 dé- termine la durée dosée de la préinjection. A la séquence sui- vante 710 on augmente cette durée de commande T1 d'une valeur A que l'on peut prédéfinir. Ensuite, à la séquence 720, a lieu35 le dosage du carburant dans le cylindre correspondant. Ensuite par l'interrogation 730 on vérifie si la mémoire KVE indique qu'une préinjection a eu lieu ou pas. S'il n'y a pas eu de pré- injection, alors la séquence 710 se déroule à nouveau à la suite. Si la mémoire KVE est mise d'une façon telle qu'une pré- injection a eu lieu, alors la valeur de calibrage d'un ensemble vide NMK est mise avec T1 à la séquence 740. Cette valeur d'ensemble vide est particulièrement importante dans le cas des systèmes d'injection commandés par des électrovannes, car dans le cas de celles-ci il se produit des quantités relativement petites de préinjection. La valeur indique la durée électrique de la commande de l'électrovanne, pendant laquelle l'aiguille de l'injecteur est précisément ou- verte. On détermine la valeur NMK grâce au fait que la durée de commande T1 de l'électrovanne pour la préinjection est augmen- tée dans des petites séquences, jusqu'à ce qu'elle soit détec- tée pour la première fois à la fin de la préinjection. On obtient la durée de la préinjection à partir de la différence entre la durée électrique de commande et la va- leur NMK déterminée pour ce point de fonctionnement. On peut déterminer d'autres grandeurs caractéristi- ques du moteur à combustion interne à partir de la combinaison des valeurs caractéristiques de filtres passe-bandes à haute et à basse fréquence. Si la mémoire HEB par exemple indique que l'on a une injection, et si le signal VB indique en même temps qu'il n'y a pas eu de préinjection, on est alors en présence d'un ra- té de combustion. Ce signal est en particulier important pour25 effectuer un diagnostic, par exemple en liaison avec OBD2. L'écart dans le temps entre le début HEB de l'in- jection et l'instant de l'allumage ou le début de la combustion VB, constitue une mesure du retard à l'allumage. Si l'on détecte le début de la combustion avant l'instant de l'allumage, c'est qu'on parle d'un auto-allumage dans le cas des moteurs à allumage par étincelle. Si le début de la combustion VB a lieu avant le début de l'injection HEB, c'est que la quantité de carburant préinjectée a été si grande qu'une combustion sensible s'est déjà produite à ce moment là. Si l'on détecte que la durée entre le début et la fin de l'injection a été plus longue qu'une valeur attendue, ou que la fin de l'injection n'a pas été détectée, on a en fait détecté une injection prolongée qui repose sur le fait que l'injecteur n'a pas mis fin régulièrement à l'injection. Dans le cas de ce qu'on appelle les systèmes à rail commun, on peut détecter, par une exploitation correspondante, l'existence d'un injecteur fonctionnant de façon défectueuse. Il est particulièrement avantageux de constituer la commande 240 sous la forme d'une régulation. Cette forme de réalisation améliorée est représentée à la figure 8. Le signal de sortie du retraitement des signaux arrive avec un signe né- gatif à un point de combinaison 825. Le point de combinaison applique un signal à un régulateur 800. Le régulateur 800 met à la disposition d'un élément de réglage 810 un signal de com- mande. Sur la seconde entrée du point de combinaison 825 se trouve, avec un signe positif, le signal de sortie d'une valeur de consigne prédéfinie 820, qui est appliquée par différents détecteurs 830 par des signaux. En partant de différents signaux de détecteurs, la prédéfinition 820 détermine une valeur de consigne pour une grandeur qui caractérise la combustion ou l'injection. Cette grandeur est par exemple le début de la combustion et/ou le dé- but de l'injection. Cette grandeur ainsi déterminée arrive en tant que valeur de consigne au point de combinaison 825. Dans le point de combinaison, cette valeur de consigne est comparée à la valeur réelle qui est déjà rendue disponible par l'exploi- tation des signaux 230. En fonction du résultat de la comparai- son le régulateur 800 détermine un signal de commande pour l'élément de réglage 810. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé pour commander un moteur à combustion interne, en particulier un moteur à combustion interne de type Diesel, avec au moins un détecteur de bruits de structure (110, 111) ou un détecteur de cognement, avec au moins un premier moyen de fil- trage et un second moyen de filtrage (210, 215) qui présentent des modes de transmission différents, caractérisé en ce que le signal du détecteur de bruits de structure (110, 111) ou du détecteur de cognement peut être amené aux moyens de filtrage (210, 215) et en partant des signaux de sortie des moyens de filtrage, on peut déterminer au moins deux grandeurs qui carac- térisent la combustion et/ou l'injection dans le moteur à com- bustion interne. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie du premier moyen de filtrage (210) est ex- ploité pour obtenir un signal qui caractérise l'injection. 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de sortie du second moyen de filtrage (215) est ex- ploité pour obtenir un signal qui caractérise la combustion. 4 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' en partant du signal de sortie du premier moyen de filtrage, on peut obtenir un signal qui indique un début de l'injection et/ou une fin de l'injection. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' en partant du signal de sortie du second moyen de filtrage, on peut obtenir un signal qui caractérise un début de la combus- tion. 6 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux peuvent être utilisés pour faire un diagnostic et/ou pour assurer la régulation du moteur à combustion in- terne. 7 ) Dispositif pour commander un moteur à combustion interne, en particulier un moteur à combustion interne de type Diesel, avec au moins un détecteur de bruits de structure, avec au moins un premier et un second moyen de filtrage, qui présentent des modes de transmission différents, caractérisé en ce que le signal de sortie du détecteur de bruits de structure peut être amené aux moyens de filtrage, et des moyens, partant des signaux de sortie des moyens de filtrage? déterminent au moins deux grandeurs qui caractérisent la combustion et/ou l'injec- tion dans le moteur à combustion interne.