Brevet FR2754569A1 — publié le 19980417

Etat de la technique L'invention concerne un procédé pour détecter des rates de combustion sur la base de l'évolution chronologique du mouvement de rotation d'une roue phonique couplée au vile- brequin d'un moteur à combustion interne, selon lequel on dé- tecte les durées nécessaires à des segments prédéterminés de la roue phonique pour passer devant un capteur. Les ratés de combustion entraînent une augmenta- tion de l'émission des produits polluants liés au fonctionne- ment du moteur à combustion interne et peuvent en outre endommager le catalyseur équipant l'échappement du moteur. Pour respecter la réglementation relative aux moyens de sur- veillance embarqués des fonctions concernant les gaz d'échappement, il faut détecter les ratés de combustion dans toute la plage des vitesses de rotation et de la charge. Dans ce contexte, il est connu qu'en cas de fonc- tionnement avec des ratés de combustion, il y a des modifica- tions caractéristiques de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne par rapport au fonctionnement normal sans raté. La comparaison du profil de la vitesse de rotation per- met de distinguer le fonctionnement normal sans raté et le fonctionnement avec des ratés. On connaît déjà un tel procédé selon le document DE-OS 41 38 765. Selon ce procédé connu, on associe à chaque cy- lindre une plage d'angles de vilebrequin appelés segments. On réalise les segments par exemple par des repères sur une roue phonique couplée au vilebrequin. La durée du segment, c'est- à-dire celle au cours de laquelle le vilebrequin parcourt cette plage angulaire dépend entre autres de l'énergie four- nie par 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 fonctionnement du moteur; en outre, on compense par le calcul des processus dynamiques lents, par exemple l'augmentation de la vitesse de rotation du moteur en cas d'accélération du véhicule. Une valeur d'irrégularité de fonctionnement calculée de cette manière pour chaque allumage est également comparée en synchronisme avec l'allumage, à un seuil prédéterminé. Un dépassement de ce seuil, dépendant le cas échéant de paramètres de fonctionnement tels que la charge et la vitesse de rotation, est considéré comme repré- sentant un raté. La sécurité de détection des ratés selon ce pro- cédé diminue d'autant plus que le nombre de ratés est faible par rapport à la vitesse de rotation du vilebrequin. La fia- bilité de la détection des ratés diminue ainsi avec le nombre croissant des cylindres du moteur à combustion interne et la vitesse de rotation croissante et la diminution de la charge. Par rapport à cet arrière plan technique, la pré- sente invention a pour but de créer un procédé améliorant la sécurité de la détection des ratés de moteurs de combustion interne ayant un nombre élevé de cylindres, même aux vitesses de rotation élevées et aux charges faibles. A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu' * fait passer les durées de segment en parallèle à travers un premier et un second filtre passe-bas dont les signaux de sortie répondent avec une vitesse différente, aux varia- tions des signaux d'entrée, * on forme la différence des deux signaux de sortie, a on forme une mesure de la variation de la différence et on compare à un seuil et en cas de dépassement du seuil, on considère qu'il y a un raté. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * détermine les passages par zéro de la différence dans une direction prédéterminée et on détermine la mesure de la va- riation de la différence sur la base de son évolution entre deux tels passages par zéro successifs, * on forme la différence dans l'ordre de la succession des segments, on additionne les valeurs successives des diffé- rences entre les points de passage par zéro et on utilise la somme ainsi formée comme mesure de la variation de la différence, * on applique des coefficients de pondération aux valeurs de différence de filtre avant et après la sommation, * on détermine la différence pour un minimum local et pour un maximum local entre les passages par zéro, on détermine l'amplitude de la différence entre ces valeurs et on uti- lise cette amplitude de différence comme coefficient de pondération, * on élève au carré la différence ou la valeur des coeffi- cients de pondération ou de la valeur de la différence et celle des coefficients de pondération, * on prédétermine comme sens des passages par zéro, le pas- sage des valeurs positives aux valeurs négatives si pour former la différence, on retranche la valeur du filtre le plus rapide, de celle du filtre le plus lent et on prend comme sens des passages par zéro, le passage des valeurs négatives aux valeurs positives si pour former la diffé- rence, on retranche la valeur fournie par le filtre lent de la valeur fournie par le filtre rapide, * on détermine un passage par zéro produit dans une direction prédéterminée, on détermine la différence et on additionne les valeurs de la différence à partir d'une plage prédéter- minée autour du point zéro et on l'utilise comme mesure de la variation de la différence, * on additionne la différence d'une plage prédéterminée au- tour du point zéro, on détermine les valeurs de la diffé- rence pour le minimum local et pour le maximum local dans cette zone, on détermine l'amplitude de la différence entre ces valeurs et on pondère les valeurs additionnées avec cette amplitude de différence, * la plage prédéterminée englobe sensiblement les différences formées pendant une rotation de l'arbre à cames et elle en- toure symétriquement le point zéro. Selon l'invention l'exploitation de la différence de signaux de durée des segments, filtrés par des filtres passe-bas, de rapidité différente, repose sur la base physi- que suivante et présente les avantages données ci-après: En cas de raté de combustion, le moteur ne libère pas l'énergie prévue. Le défaut d'accélération qui en résulte pour le vilebrequin augmente une ou plusieurs durées de seg- ment. Ce résultat se produit en un temps très court. Les deux filtres passe-bas ne peuvent suivre cela qu'avec des retards différents. Lorsqu'on forme la différence des deux signaux de sortie de filtre, on obtient ainsi, en liaison avec un raté de combustion, une variation provisoire dans le temps de la différence de filtre. En d'autres termes: en cas de ratés, le profil de la différence de filtre montre certaines carac- téristiques dont l'exploitation selon l'invention conduit à une meilleure sécurité de la détection. Il est en outre avantageux que la formation du signal de différence de filtre, comme évoqué ci-dessus, éli- mine la partie continue du signal de durée du segment, inté- ressante pour la détection des ratés. Par contre, les variations de durée des segments avec des fréquences compri- ses entre la fréquence de rotation du vilebrequin et celle de l'arbre à cames, restent conservées pour la formation de la différence. Le signal de différence de filtre obtenu selon l'invention donne un signal clair notamment si les incursions de durée des segments, provoquées par les ratés de combustion se trouvent dans cette plage de fréquences, c'est-àdire si elles se répercutent sur plusieurs segments comme cela est le cas en particulier aux vitesses de rotation élevées. Le pro- cédé selon l'invention convient ainsi tout particulièrement pour détecter des ratés dans la plage jusqu'alors critique pour la sécurité de la détection et correspondant aux vites- ses de rotation élevées. De manière avantageuse, on détermine une mesure des variations sur la base du profil de la différence de fil- tre entre deux passages par zéro successifs dans la même di- rection, pour la différence de filtre. La mesure évoquée pour les variations peut se dé- terminer sans nécessiter de moyens importants en additionnant l'amplitude des valeurs successives de la différence de fil- tre et en pondérant éventuellement ces valeurs de différence. Il est avantageux notamment de pondérer la courbe de différence de filtre avec l'amplitude de la différence de filtre, c'est-à-dire avec la distance entre la valeur du mi- nimum et celle du maximum suivant, et inversement. A la place d'une exploitation de la différence de filtre entre deux points zéro, on peut également utiliser une plage prédéterminée autour d'un point zéro pour l'exploi- tation. De manière avantageuse, on utilise à cet effet le passage par zéro entre la partie négative et la partie posi- tive. L'avantage de cette variante résulte du passage de la courbe de différence de filtre qui est généralement beaucoup plus raide lorsqu'on passe des valeurs négatives aux valeurs positives qu'inversement. Cet effet se traduit par une action plus réduite par le fonctionnement dynamique du moteur et les parasites stochastiques. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à l'aide des dessins annexés, dans les- quels: * la figure 1 montre un exemple de réalisation selon un sché- ma par blocs, * la figure 2a montre la courbe des temps de segment, * la figure 2b montre la courbe de la différence de filtre formée selon l'invention. La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 équipé d'une roue phonique 2 portant des repères 3, d'un capteur angulaire 4, deux blocs 5, 6 représentant chacun un filtre passe-bas, d'un point de combinaison 7 formant la dif- férence de filtre, c'est-à-dire la différence des signaux de sortie des filtres passe-bas; un bloc 8 forme une mesure re- présentant les variations de la différence de filtre; un bloc 9 compare le signal de sortie du bloc 8 à un seuil et un moyen 10 exploite le dépassement du seuil dans le bloc 9 comme représentant un raté, c'est-àdire affichant, comptant et/ou enregistrant. Les blocs fonctionnels sont réalisés de préfé- rence par un programme dans un calculateur; comme cela est connu, l'unité de calcul utilise les programmes et les don- nées d'une mémoire entre un bloc d'entrée et un bloc de sor- tie. Le mouvement de rotation de la roue phonique cou- plée au vilebrequin du moteur à combustion interne est trans- formé par un capteur angulaire 4 en forme de capteur inductif, en un signal électrique dont la périodicité est une5 image du passage périodique des repères 3 devant le capteur angulaire 4. La durée comprise entre une montée et une des- cente du niveau du signal correspond ainsi au temps pendant lequel le vilebrequin a tourné d'une plage angulaire corres- pondant à l'intervalle de repère.10 La roue phonique est subdivisée en segments; chaque segment comporte un nombre prédéterminé de repères et englobe le point mort haut de chaque cylindre pour la phase de combustion. Autour de ce point, on définit une plage d'angle de rotation 9k qui, par exemple dans le cas d'un mo- teur à quatre cylindres s'étend sur la moitié des repères de la roue phonique. Les plages angulaires associées à une rota- tion du vilebrequin peuvent être séparées, être jointives ou se chevaucher. Dans le premier cas, les repères ne sont asso- ciés à aucune plage angulaire; dans le second cas, chaque repère appartient précisément à une plage angulaire et dans le troisième cas, on peut associer différentes plages angu- laires à ces repères. Cela permet d'avoir des longueurs et des positions des plages angulaires, différentes. Les durées de segment détectées dans chaque plage angulaire sont filtrées par les filtres passe-bas des blocs , 6, en parallèle; dans cet exemple de réalisation, on sup- pose que le filtre passe-bas 6 est le plus rapide. Le bloc 7 retranche ainsi le signal du filtre passe-bas le plus rapide, du signal du filtre passe-bas, le plus lent. L'allongement de la durée des segments dans le cas d'un raté et le raccourcissement consécutif se traduisent tout d'abord dans le signal du filtre le plus rapide et seu- lement de manière retardée dans le signal du filtre plus lent. Cela donne tout d'abord un tracé négatif pour la diffé- rence de filtre suivi d'un tracé positif. Le bloc 8 détermine une mesure de la variation de la différence de filtre. Pour cela, on peut par exemple uti- liser la détermination des points zéro, complétée par une ad- dition des amplitudes de la différence de filtre entre deux passages par zéro successifs et dans la même direction. La somme est alors une mesure de la variation de la différence des sorties de filtre. Si dans le bloc 9, cette mesure dé- passe un seuil prédéterminé, le bloc 10 exploite cela comme constituant un raté, c'est-à-dire qu'il compte et/ou mémorise et/ou affiche cet événement. La figure 2a montre les durées ts pendant les- quelles le mouvement de rotation du vilebrequin parcourt les plages angulaires. On suppose qu'il y a eu un raté dans le cylindre k. Ce raté produit une disparition du couple d'entraînement entraînant une augmentation de l'intervalle de temps correspondant ts. La figure 2b montre une courbe de la différence de filtre formée selon l'invention en présence d'un raté. Dans la variante représentée, on contrôle le pas- sage par zéro de la différence de filtre entre la partie po- sitive et la partie négative. En présence d'un tel passage, on détermine une mesure de la variation de la différence de filtre en fonction du tracé entre deux passages par zéro suc- cessifs dans la même direction. Pour cela par exemple après un premier passage par zéro en passant de la partie positive à la partie négative, on additionne les valeurs de la diffé- rence de filtre dans la suite des segments de temps jusqu'à un nouveau passage par zéro. Puis, on annule la valeur de la somme et on recommence l'addition. On arrête également la sommation après une durée maximale. Comme cela découle de la figure 2b, la somme des amplitudes additionnées augmente avec la croissance des ex- cursions de l'amplitude du signal. Les petites valeurs de la somme résultant des variations aléatoires de la différence de filtre autour de l'axe des zéros font ainsi que l'on ne dé- passe pas un seuil. Des ratés de combustion produisent par contre des valeurs de somme élevées et peuvent ainsi se re- connaître comme des dépassements de seuil. Avant ou après la sommation, on peut appliquer des coefficients de pondération aux valeurs de différence de filtre. Pour cela, on utilise notamment les différences entre le maximum et le minimum de la courbe de différence de filtre dans la plage exploitée entre les points zéro considérés. Selon une variante du procédé, on vérifie le pas- sage par zéro de la différence de filtre entre la partie né- gative et la partie positive. Dans ce cas, on calcule une grandeur caractéristique à partir de la somme des différences de filtre de la plage précédente autour du point zéro et on l'utilise comme mesure de la variation de la différence. La somme peut être pondérée par multiplication avec la diffé- rence entre le maximum et le minimum de la différence de fil- tre dans cette plage. Cette plage peut par exemple se centrer autour du point zéro et avoir une longueur correspondant sen- siblement à une rotation de l'arbre à cames. L'avantage de cette variante réside principalement dans le passage à zéro qui est plus net pour la courbe de la différence de filtre entre la partie négative et la partie positive (contrairement au passage inverse entre la partie positive vers la partie négative) et ainsi il y a une moindre influence par le fonc- tionnement dynamique du moteur et les parasites aléatoires. Les procédés décrits utilisent des combinaisons non linéaires des grandeurs déduites de la courbe de diffé- rence de filtre. Ils tiennent compte à la fois des excursions d'amplitude de signal dont les minimas et maximas sont à l'intérieur d'une plage étroite et du comportement de la courbe de différence de filtre dans la plage de fréquences, par la position des points zéro. En d'autres termes: les procédés reposent sur la recherche d'une certaine forme ca- ractéristique de la courbe du signal déterminé au préalable. Cette forme de courbe caractéristique se distingue par un mi- nimum inférieur à zéro suivi d'un maximum supérieur à zéro, et qui doivent se produire à l'intérieur d'une rotation de l'arbre à cames. Il convient de remarquer à titre complémen- taire que le filtre doit avoir une phase correcte et qu'il faut tenir compte de l'indice n pour la durée de segment, considérée. Le filtrage rapide peut par exemple consister à former la moyenne des durées de segment au cours d'une demi- rotation de l'arbre à cames et pour le filtrage lent, on peut faire une moyenne dans une plage plus grande, par exemple celle d'une rotation complète du vilebrequin. Les valeurs de différence de filtre ainsi formées peuvent être pondérées avant ou après la sommation. Comme coefficients de pondération, on utilise de manière appropriée notamment des valeurs de la différence en- tre le minimum local et le maximum local dans la plage des passages par zéro. On peut les déterminer et exploiter la différence entre ces valeurs comme coefficient de pondéra-10 tion. Dans le procédé selon l'invention, on peut par exemple élever au carré les valeurs des différences ou les valeurs des coefficients de pondération ou les valeurs des différences et des coefficients de pondération. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé pour détecter des ratés de combustion sur la base de l'évolution chronologique du mouvement de rotation d'une roue phonique couplée au vilebrequin d'un moteur à combustion interne, selon lequel on détecte les durées nécessaires à des segments prédéterminés de la roue phonique pour passer devant un capteur, caractérisé en ce qu' * on fait passer les durées de segment en parallèle à travers un premier et un second filtre passe-bas dont les signaux de sortie répondent avec une vitesse différente, aux varia- tions des signaux d'entrée, * on forme la différence des deux signaux de sortie, * on forme une mesure de la variation de la différence et on compare à un seuil et en cas de dépassement du seuil, on considère qu'il y a un raté. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine les passages par zéro de la différence dans une direction prédéterminée et on détermine la mesure de la va- riation de la différence sur la base de son évolution entre deux tels passages par zéro successifs. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on forme la différence dans l'ordre de la succession des segments, on additionne les valeurs successives des différen- ces entre les points de passage par zéro et on utilise la somme ainsi formée comme mesure de la variation de la diffé- rence. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on applique des coefficients de pondération aux valeurs de différence de filtre avant et après la sommation. ) Procédé selon la revendication 4, il caractérisé en ce qu' on détermine la différence pour un minimum local et pour un maximum local entre les passages par zéro, on détermine l'amplitude de la différence entre ces valeurs et on utilise5 cette amplitude de différence comme coefficient de pondéra- tion. 6 ) Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu' on élève au carré la différence ou la valeur des coefficients de pondération ou de la valeur de la différence et celle des coefficients de pondération. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' on prédétermine comme sens des passages par zéro, le passage des valeurs positives aux valeurs négatives si pour former la différence, on retranche la valeur du filtre le plus rapide, de celle du filtre le plus lent et on prend comme sens des passages par zéro, le passage des valeurs négatives aux va- leurs positives si pour former la différence, on retranche la valeur fournie par le filtre lent de la valeur fournie par le filtre rapide. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine un passage par zéro produit dans une direction prédéterminée, on détermine la différence et on additionne les valeurs de la différence à partir d'une plage prédétermi- née autour du point zéro et on l'utilise comme mesure de la variation de la différence. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on additionne la différence d'une plage prédéterminée autour du point zéro, on détermine les valeurs de la différence pour le minimum local et pour le maximum local dans cette zone, on détermine l'amplitude de la différence entre ces valeurs et on pondère les valeurs additionnées avec cette amplitude de différence. ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plage prédéterminée englobe sensiblement les différences formées pendant une rotation de l'arbre à cames et elle en- toure symétriquement le point zéro.