Brevet FR2752018A1 — publié le 19980206

PROCEDE DE DETECTION DES RATES DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un procédé de détection des ratés de combustion d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. Dans le cadre des réglementations antipollution telles que les normes américaines OBD (On Board Diagnostic), il est prévu que les systèmes électroniques de contrôle moteur équipant les véhicules automobiles puissent diagnostiquer certains dysfonctionnements du moteur qui ont un impact sur les émissions de polluants. C'est ainsi qu'il est prévu d'implanter dans les systèmes électroniques de contrôle moteur futurs, des systèmes capables de diagnostiquer le bon fonctionnement de la sonde à oxygène ou du circuit EGR (recirculation des gaz d'échappement), la reconnaissance d'un défaut de fonctionnement agissant sur les émissions de polluant devant engendrer, l'activation de modes de fonctionnement dégradés et/ou l'allumage d'un voyant au tableau de bord avertissant le conducteur (réglementations peu sévères) soit, l'arrêt du véhicule (réglementations strictes). En particulier, les normes américaines et européennes prévoient d'imposer la détection des ratés de combustion et d'identifier le ou les cylindres responsables. Une telle détection doit, par exemple, fournir le pourcentage des ratés de combustion survenant dans un nombre donné de cycles moteur. Les équipementiers et les constructeurs automobiles ont donc développé un certain nombre de techniques de détection des ratés de combustion. On peut ainsi citer la méthode de l'accéléromètre qui consiste à détecter un raté de combustion par analyse de la variation d'accélération longitudinale du véhicule, ou la méthode utilisant une sonde à oxygène proportionnelle disposée dans la ligne d'échappement. De même, on peut citer la méthode utilisant des capteurs de pression débouchant dans les chambres à combustion, ou celle basée sur la mesure de la tension d'arc ou du courant d'ionisation des bougies d'allumage (pour les moteurs à allumage commandé). La méthode toutefois la plus couramment utilisée est celle déduisant l'existence de ratés de combustion de la mesure de la vitesse instantanée du vilebrequin. Sa mise en oeuvre est, en effet, très simple puisqu'il ne s'agit alors que d'opérer un traitement logiciel du signal fourni par le capteur de position angulaire du vilebrequin, signal déjà utilisé par le système de contrôle moteur pour commander l'injection du carburant, ainsi aucun dispositif matériel spécifique n'est requis pour la mise en oeuvre de cette méthode. L'analyse du seul signal fourni par le capteur de position vilebrequin pour détecter les éventuels ratés de combustion présente cependant certains inconvénients. La méthode de détection des ratés de combustion est, en effet, basée sur le postulat qu'un raté de combustion se traduit par une chute du couple gaz, laquelle génère à son tour une altération correspondante de la vitesse instantanée du vilebrequin. I1 suffit donc de repérer les altérations de la vitesse instantanée du vilebrequin pour identifier les ratés de combustion. Cependant la vitesse instantanée de rotation du vilebrequin et du volant moteur qui lui est solidaire, ne reflète pas seulement le fonctionnement du moteur et la poussée alternative des bielles sous l'effet de la combustion du mélange carburé, mais également le fonctionnement de l'ensemble de la chaîne cinématique liant le moteur à l'interface pneu/sol. En effet, l'énergie mécanique en bout de vilebrequin est transmise aux roues par un système de transmission comprenant traditionnellement un embrayage, une boîte de vitesses et un différentiel, ce système de transmission possédant un amortissement et une rigidité propre. I1 en résulte donc, que toute variation brusque du couple au niveau de l'un quelconque des éléments de la chaîne cinématique, comme par exemple au niveau des roues du véhicule par suite d'un mauvais état du revêtement de la route, est répercutée au vilebrequin avec des oscillations dont l'importance va dépendre des caractéristiques du système de transmission et de la perturbation. I1 en résulte que les brusques altérations de la vitesse instantanée du vilebrequin ne sont donc pas uniquement occasionnées par des ratés de combustion mais par également toutes les perturbations pouvant affecter la chaîne cinématique de transmission et donc notamment une route en mauvais état. I1 apparaît donc important, pour identifier correctement les seuls ratés de combustion de pouvoir discriminer parmi les altérations de vitesses du vilebrequin celles dues effectivement aux chutes de couple gaz de celles ayant d'autres causes et de ne pas comptabiliser ces dernières. Pour ce faire, des stratégies complémentaires de désactivation du programme de détection des ratés de combustion ont donc été développées, stratégies basées sur la reconnaissance des perturbations affectant la chaîne cinématique de transmission. On peut ainsi citer, celles utilisant l'information vitesse roue fournie par un capteur spécifique ou bien encore celles requérant un accéléromètre. On peut également citer la méthode décrite dans le document GB-A-2.290.870 qui cherche à repérer ces perturbations à travers les mouvements du carburant dans le réservoir. I1 apparaît toutefois aujourd'hui qu'aucune des méthodes proposées ne permet de distinguer de façon simple, économique et avec suffisamment de précision et de fiabilité, les altérations de la vitesse vilebrequin engendrées par des perturbations affectant la chaîne cinématique de transmission. L'objet de la présente invention est donc de produire un procédé de détection des ratés de combustion qui remédie aux inconvénients précités. Le procédé pour détecter un raté de combustion selon l'invention, concerne plus particulièrement les moteurs à combustion interne multicylindres pour véhicules automobiles ou routiers. Ce procédé est du type opérant par analyse des valeurs d'une grandeur caractéristique de la qualité des combustions déduite de la rotation du vilebrequin, pour détecter la survenue d'un raté de combustion. Selon l'invention, le procédé de détection d'un raté de combustion est caractérisé en ce que la détection des ratés de combustion est suspendue pendant une période prédéterminée, lorsque l'analyse de ces valeurs caractéristiques de la qualité des combustions révèle des anomalies issues de la chaîne cinématique de transmission reliant l'arbre moteur aux roues du véhicule. L'originalité de l'invention est de déduire directement du signal servant à identifier les ratés de combustion, la survenue de perturbations dans la transmission susceptible de fausser le repérage des ratés de combustion. Le principe de la stratégie objet de l'invention est basé sur le fait que contrairement aux ratés de combustion qui ne peuvent que provoquer une chute du signal observé, les perturbations issues de la chaîne cinématique de transmission du mouvement du moteur aux roues provoquent aussi bien des chutes que des augmentations du niveau du signal observé et ce de façon généralement alternée. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, la détection des ratés de combustion est suspendue lorsque les valeurs caractéristiques de la combustion considérées deviennent supérieures à une valeur de seuil donnée dite seuil haut. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, ce précédé comprend les opérations suivantes exécutées après chaque combustion (a) - produire une valeur caractéristique de la combustion (b) - comparer cette valeur caractéristique de la combustion au seuil haut (c) - lorsque la valeur caractéristique de la combustion est supérieure au seuil haut, annuler la détection des éventuels ratés de combustion pendant une période prédéterminée (d) - sinon, comparer cette valeur caractéristique de la combustion à une valeur de seuil dite seuil bas (e) - détecter l'existence d'un raté de combustion quand la valeur caractéristique de la combustion considérée est inférieure au seuil bas. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, le seuil haut est fonction de la valeur caractéristique de la combustion considérée. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, le seuil haut est fonction du seuil bas. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, le seuil haut est fonction de la valeur caractéristique de la combustion considérée et du seuil bas, après un traitement statistique approprié de ces dernières. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, le seuil haut est prédéfini suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, la période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de raté de combustion, est constante. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, la période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de raté de combustion, est prédéfinie suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Selon une autre caractéristique du procédé pour détecter un raté de combustion objet de l'invention, la période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de ratés de combustion englobe rétroactivement un nombre donné de combustions précédentes. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après de différents modes de réalisation de l'invention, ces modes de réalisation étant donnés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant au dessin annexé, dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle d'un moteur à combustion interne équipé d'un système de contrôle moteur permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un chronogramme précisant le principe du procédé de détection des ratés de combustion objet de l'invention ; - la figure 3 est un bloc-diagramme précisant le déroulement du procédé de détection des ratés de combustion objet de l'invention. En se reportant sur la figure 1, on voit, présentée de façon simplifiée, la représentation d'un système de contrôle moteur mettant en oeuvre le procédé permettant de détecter des ratés de combustion objet de la présente invention. Seules les parties constitutives nécessaires à la compréhension de l'invention ont été montrées. Le moteur à combustion interne, qui est référencé 1, est plus particulièrement destiné à équiper un véhicule automobile ou routier. Le moteur 1 est connecté à un dispositif de transmission adapté pour transmettre le mouvement aux roues du véhicule. Ce dispositif de transmission comprend de façon classique un embrayage, une boîte de vitesses 2 et un différentiel non figuré. Le moteur multicylindre 1 du type à quatre temps est équipé d'un dispositif d'injection du carburant du type multipoint à commande électronique grâce auquel chaque cylindre est alimenté en carburant à partir d'un électroinjecteur 5 spécifique. L'ouverture de chaque électro-injecteur 5 est commandée par le système électronique de contrôle moteur 7, qui ajuste la quantité de carburant injectée et l'instant d'injection dans le cycle suivant les conditions de fonctionnement du moteur, de façon à asservir précisément la richesse du mélange combustible air-carburant admis dans les cylindres à une valeur de consigne prédéterminée. Le système électronique de contrôle moteur 7 comprend classiquement un microprocesseur 70, des mémoires vives 71, des mémoires mortes 72, des convertisseurs analogiques-numériques 74 ainsi que différentes interfaces d'entrées et de sorties. Le microprocesseur 70 comporte des circuits électroniques et des logiciels appropriés pour traiter les signaux en provenance de capteurs adaptés, déterminer les états du moteur et mettre en oeuvre des opérations prédéfinies afin de générer des signaux de commande à destination notamment des injecteurs (et des bobines d'allumage dans le cas d'un moteur à allumage commandé) de façon à gérer au mieux les conditions de combustion dans les cylindres du moteur. Parmi les signaux d'entrée du microprocesseur 70 figurent notamment ceux adressés par un capteur vilebrequin 4. Ce capteur 4, du type par exemple à réluctance variable, est monté fixe sur le bâti du moteur pour être positionné devant une couronne de mesure 12 fixée à une extrémité du vilebrequin. Cette couronne 12 est munie à sa périphérie d'une succession de dents et de creux identiques à l'exception d'une dent qui a été supprimée de façon à définir un repère absolu permettant de déduire l'instant de passage au Point Mort Haut d'un cylindre donné de référence, en l'occurrence le cylindre n0l. Le capteur 4 délivre un signal Dn correspondant au défilement des dents de la couronne 12, signal qui après traitement permet de générer un signal PMH à chaque demi-tour du vilebrequin permettant le repérage des passages au Point Mort Haut alternativement des cylindres n01, 3, 4, 2. Le traitement du signal Dn émis par le capteur 4 permet également de mesurer la vitesse de défilement des dents de la couronne 12, et ainsi d'obtenir le régime de rotation instantané du moteur. Le procédé de détection des ratés de combustion objet de l'invention procède par analyse d'une grandeur représentative caractéristique de la qualité des combustions survenant dans chacun des cylindres du moteur. Une telle grandeur peut par exemple être l'accélération instantanée du vilebrequin (cf. les demandes de brevets DE3.939.113 ou DE-4.002.208), ou encore le couple dont le calcul d'une valeur représentative obtenue par analyse spectrale de la vitesse instantanée du vilebrequin est notamment divulgué dans les demandes de brevet français no 91/11273 et 91/11274 déposées par la Demanderesse relatives à un "procédé et dispositif de mesure du couple gaz d'un moteur thermique à combustion interne". La suite de la description décrit plus particulièrement un mode de réalisation de l'invention où la grandeur représentative choisie est le couple gaz Cg. Lors du fonctionnement du moteur, des moyens de calcul adaptés activés par le microprocesseur 70 fournissent donc les valeurs successives de couple, référencées Cg,n,i pour caractériser la valeur de couple gaz Cg correspondante à la n-ième combustion du cylindre noi de la période de fonctionnement considérée. Ces valeurs sont ensuite traitées par des moyens -de calcul spécifique destinés à mettre en oeuvre le procédé objet de l'invention c'est-à-dire repérer la survenue de ratés de détection ainsi que les perturbations de couple dues au dispositif de transmission et notamment à la route où circule le véhicule. Le graphique de la figure 2, illustre le principe de l'invention. Pour des conditions de fonctionnement stabilisées du moteur et lorsque le dispositif de transmission n'est sujet à aucune perturbation importante, zone 1 du graphique, les valeurs du couple gaz Cg,n,i pour un cylindre i donné, évoluent alors faiblement de part et d'autre d'une valeur nominale MCg,i. Lorsqu'un raté de combustion se produit sur ce cylindre, le couple correspondant chute alors de façon importante. Il suffit donc de comparer à chaque combustion le couple à une valeur de seuil adaptée dite seuil bas B,i pour repérer les ratés de combustion. Ce seuil bas B,i est par exemple cartographié suivant les conditions de fonctionnement du moteur et stocké dans les mémoires du système de contrôle moteur 7. Bien évidemment cette stratégie n'est pas limitative, on peut également repérer la survenue d'un raté de combustion en comparant l'écart entre la valeur de couple Cg,n,i qui vient d'être calculée et la valeur obtenue au cycle précédent Cg,n-l,i avec une valeur de seuil adaptée qui par exemple cartographié suivant les conditions de fonctionnement du moteur et stockée dans les mémoires du système de contrôle moteur 7. Pour les conditions de fonctionnement stabilisées du moteur, lorsque le dispositif de transmission est sujet à des perturbations importantes, zone 2 du graphique, les valeurs du couple gaz Cg,n,i pour le cylindre i, évoluent alors fortement de part et d'autre de la valeur nominale MCg,i. La Demanderesse a pu en effet observer que les perturbations dans la rotation du vilebrequin dues au dispositif de transmission comme par exemple un passage sur une route au revêtement en mauvais état, pavés, tôles ondulées, etc., se traduit par des variations symétriques du couple instantané Cg,n,i par rapport au couple nominal Cg,i. L'existence de ces fortes variations de part et d'autre de la valeur nominale et donc de dépassements importants du couple nominal MCg,i s'avérant donc caractéristique des perturbations du dispositif de transmission, il suffit de repérer ces dépassements pour suspendre la détection des ratés de combustion qui n'est plus alors significative, puisque les chutes de couple sous le seuil bas B,i ne sont alors pas liées à des mauvaises combustions mais à l'état de la route. Le repérage des perturbations est effectué de façon simple en introduisant une valeur de seuil dite seuil haut H,i. La détection des ratés de combustion est alors suspendue lorsque les valeurs du couple gaz deviennent supérieures au seuil haut. Cette suspens ion est opérée pendant une période prédéterminée. Le début de cette période peut débuter à l'instant de la combustion correspondant au dépassement du seuil haut ou bien encore remonter rétroactivement à un nombre donné de cycles moteurs précédents. En effet, les remontées de couple par le dispositif de transmission peuvent s'ajouter ou se soustraire au couple nominal du cylindre considéré, la probabilité de ne pas détecter le début de la perturbation par le seuil haut est donc de 50%. Dans le cas d'une période suspension rétroactive, on annule donc tous les ratés de combustion détectés avant le dépassement du seuil haut et survenus dans la période considérée. La fin de cette période de suspens ion est liée à la fréquence propre du dispositif de transmission, les oscillations peuvent engendrer des évolutions du couple gaz pendant environ 330 ms. On peut donc prendre une durée constante pour la période de suspension, celle-ci étant réinitialisée à chaque dépassement du seuil haut. Conformément à la figure 3, un procédé selon l'invention se compose donc des étapes suivantes exécutées après chacune des combustions indicée n et pour un cylindre donné noi: (i) - acquisition de la valeur de couple gaz générée par la combustion Cg,n,i ; (ii) - acquisition du seuil bas de détection des ratés de combustion B,i cette valeur est par exemple cartographiée suivant les conditions de fonctionnement du moteur ou bien encore déduit des valeurs précédentes de couple gaz Cg,p,i filtrées (iii) - élaboration du seuil haut H,i par exemple, on peut prendre H,i = f(Cg,n,i) + (f(Cg,n,i) - B,i) x 0.6 (iv) - comparaison de la valeur de couple Cg,n,i au seuil haut H,i (v) - si la valeur de couple gaz Cg,n,i est supérieure au seuil haut H,i on annule la détection des éventuels ratés de combustion pendant une période prédéterminée T ms (200, 300, 400 ms, etc.) (vi) - sinon, comparaison de la valeur de couple Cg,n,i au seuil bas B,i (vii) - et, détection de l'existence d'un raté de combustion quand la valeur de couple gaz Cg,n,i est inférieure au seuil bas B,i. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, il est possible d'opérer non pas directement sur les valeurs Cg,n,i mais sur des valeurs filtrées. De même, les seuils haut et bas peuvent être obtenus selon toutes sortes de stratégies : cartographies prenant en compte les différents points de fonctionnement du moteur, pourcentages constants du couple gaz nominal, etc. Pour ce qui est de la mise en oeuvre du dispositif de détection des ratés de combustion, quelle que soit la variante choisie, elle peut être réalisée sous diverses formes - soit avec des composants d'électronique analogique pour lesquels les sommateurs, comparateurs et autres filtres sont réalisés à l'aide d'amplificateurs opérationnels - soit avec des composants d'électronique numérique qui réaliseraient la fonction en logique câblée - soit par un algorithme de traitement du signal implanté sous forme d'un module logiciel composant d'un système logiciel de contrôle moteur faisant fonctionner le microcontrôleur d'un calculateur électronique. - soit encore, par une puce spécifique (custom) dont les ressources hardware et software auront été optimisées pour réaliser les fonctions objet de l'invention : puce microprogrammable ou non, encapsulée séparément ou bien tout ou partie d'un coprocesseur implanté dans un microcontrôleur ou microprocesseur etc. De même, l'invention comprend tous les équivalents techniques appliqués à un moteur à combustion interne quels que soient son cycle de combustion (2 temps, 4 temps), le carburant utilisé diesel ou essence ou encore, le nombre de ses cylindres. REVENDICATIONS [1] Procédé pour détecter un raté de combustion survenant dans au moins un cylindre (i) d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile ou routier, du type opérant par analyse des valeurs (Cg,n,i) d'une grandeur (Cg) caractéristique de ladite combustion obtenue par observation de la rotation du vilebrequin pour détecter la survenue d'un raté de combustion, caractérisé en ce que ladite détection des ratés de combustion est suspendue pendant une période prédéterminée, lorsque l'analyse desdites valeurs (Cg,n,i) révèle des anomalies en provenance de la chaîne cinématique de transmission reliant l'arbre moteur aux roues du véhicule. [2] Procédé pour détecter un raté de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite détection des ratés de combustion est suspendue, lorsque lesdites valeurs (Cg,n,i) deviennent supérieures à une valeur de seuil donnée dite seuil haut (H,i). [3] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes exécutées après chaque combustion (n,i) : (a) - produire une valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i); (b) - comparer ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i) au seuil haut (H,i) (c) - lorsque ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i) est supérieure audit seuil haut (H,i), annuler la détection des éventuels ratés de combustion pendant une période prédéterminée ; (d) - sinon, comparer ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i) à une seconde valeur de seuil dite seuil bas (H,i) ; (e) - et, détecter l'existence d'un raté de combustion quand ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i) est inférieure audit seuil bas (B,i). [4] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que ledit seuil haut (H,i) est fonction de ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i). [5] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit seuil haut (H,i) est fonction dudit seuil bas (B,i). [6] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit seuil haut (H,i) est fonction de ladite valeur caractéristique de la combustion (Cg,n,i) et/ou dudit seuil bas (B,i) après un traitement statistique approprié. [7] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que ledit seuil haut (H,i) est prédéfini suivant les conditions de fonctionnement du moteur. [8] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de raté de combustion, est constante. [9] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de raté de combustion, est prédéfinie suivant les conditions de fonctionnement du moteur. [10] Procédé pour détecter un raté de combustion selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que ladite période prédéterminée pendant laquelle ne sont plus prises en compte les éventuelles détections de ratés de combustion, englobe un nombre donné de combustions précédentes.