Brevet FR2851611A1 — publié le 20040827

E (t) = 1 (t) - 1 (t At) I ( t At) I La présente invention est relative à un procédé de détection de ratés de combustion (ou combustion partielle) d'un mélange air/carburant dans les cylindres d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur propulsant un véhicule automobile, ce procédé prévoyant que, de préférence lors de chaque phase de combustion de ce 5 mélange dans l'un quelconque des cylindres du moteur, on calcule un indice représentatif des irrégularités de fonctionnement du moteur. Les irrégularités de combustion, dans un moteur à combustion interne, sont utiles à diagnostiquer car elles révèlent divers désordres susceptibles d'affecter le fonctionnement du moteur. On connaît du brevet FR-A-2. 689 934 un tel procédé, destiné plus particulièrement à un tel diagnostic lors d'un fonctionnement du moteur à moyen et haut régimes. Suivant ce procédé, lors de chaque phase de combustion dans l'un quelconque des cylindres, on mesure des ensembles d'écarts temporels Ati séparant des positions angulaires prédéterminées du vilebrequin, on calcule ensuite, à partir d'une combinaison 15 linéaire des écarts temporels de l'ensemble, un "paramètre critique", ou "indice", représentatif des variations de la vitesse de rotation du moteur (vilebrequin) pendant cette phase de combustion et on compare cet indice à un seuil de défaut pour diagnostiquer l'occurrence éventuelle d'un raté de combustion. On connaît aussi de FR-A-2 718 489 un procédé du type décrit dans FR-A-2 20 689 934, mais perfectionné de manière à éliminer des perturbations du diagnostic par des variations de la géométrie d'une "cible" utilisée pour relever les écarts temporels précités. On connaît encore des procédés du même type, modifiés de manière à empêcher qu'une "remontée" d'efforts, résultant de la circulation d'un véhicule propulsé 25 par le moteur sur une surface à géométrie irrégulière, ne vienne perturber le diagnostic, et ceci sans utilisation d'un capteur dédié à la détection de tels efforts. Les solutions jusqu'à présent proposées présentent malgré tout des inconvénients qui constituent une limitation difficilement acceptable dans le cadre d'une fonction de discrimination de mauvaise combustion d'un moteur. Tout d'abord, si l'utilisation d'un indice représentatif des variations de la vitesse de rotation du moteur pendant les phases de combustion est effectivement appropriée, le paramètre le mieux adapté à la détection des ratés de combustion à haut régime du moteur s'avère sensible aux oscillations de forte amplitude, bruits et à-coups retransmis typiquement au vilebrequin par la chaîne de transmission, lors de l'utilisation 35 courante d'un véhicule. Ces perturbations peuvent typiquement être la conséquence d'à-coups d'embrayage ou d'une circulation sur une mauvaise route. Ceci peut de toute façon amener à une discrimination inappropriée des ratés de combustion, suivant l'intensité des perturbations, en particulier à bas régime du moteur. Inversement, un paramètre s'avérant bien adapté à la détection à bas régime du moteur est peu sensible à ces oscillations de forte amplitude, mais présente lui-même une sensibilité faible aux variations de vitesse caractéristiques d'une absence de combustion à haut régime. Face à cela, on a déjà envisagé la sélection d'un paramètre parmi plusieurs, 10 selon les conditions d'utilisation du moteur, c'est-à-dire en utilisation "courante". Toutefois, dans ce cas, à chaque modification de ces conditions d'utilisation, une séquence de réinitialisation du procédé de diagnostic est nécessaire et peut entraîner une inhibition provisoire de celui-ci. La multiplication de ces séquences de fonctionnement/réinitialisation autour d'un seuil de régime ou de charge du moteur, lors 15 d'une oscillation ou d'une situation transitoire de charge, peut interrompre en outre le diagnostic pendant un intervalle de temps relativement long. Par ailleurs, l'utilisation éventuelle d'un hystérésis limite les possibilités de réalisation pratique du système et rend complexe la calibration. On peut aussi noter que les "paramètres critiques" ou "indices" des procédés 20 de la technique antérieure évoqués ci-dessus, ainsi que les algorithmes de détection qui en font usage, s'avèrent efficaces seulement dans certaines conditions de charge et de régime du moteur et/ou seulement pour certains types de défauts de combustion. On peut en effet distinguer à cet égard les ratés de combustion erratiques, les ratés de combustion systématiques (affectant par exemple un même cylindre) et diverses 25 séquences de ratés de combustion affectant des cylindres différents, par exemple. On peut tenter de pallier ces inconvénients en multipliant les processus de diagnostic, chacun étant adapté à un domaine de fonctionnement particulier du moteur, ou au filtrage d'une cause de perturbation particulière des diagnostics. Cette approche est cependant lourde et coteuse, aussi bien en temps de 30 mise au point de ces processus de diagnostic qu'en temps de calcul, lors de l'exécution de ces processus complexes. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de détection de ratés de combustion qui ne souffre pas des défauts évoqués ci-dessus et qui, en particulier, assure une détection "universelle" des défauts de combustion, quel que soit le 35 domaine de fonctionnement du moteur ou le type de raté de combustion à diagnostiquer, ou encore quelles que soient les causes susceptibles de perturber le diagnostic à réaliser. Dans le cadre de l'invention, on atteint une partie au moins des buts évoqués ci-avant en utilisant un procédé dans lequel: a) lors de certaines au moins des phases de combustion dans l'un au moins des cylindres, on calcule une valeur courante, à un instant (t) de fonctionnement du 5 moteur, d'un indice I (t) représentatif des irrégularités de fonctionnement dans le temps du moteur, b) pendant que le moteur fonctionne, et à partir de la valeur courante à l'instant (t) de l'indice I (t), on calcule la valeur courante au même instant (t) d'une fonction d'observation E (t) telle que: E (t) = I(t) - I(t At) o I( t At) est une valeur estimée filtrée de l'indice I (t) à un instant (t At) différent de (t), c) on compare la valeur courante de E (t) à un seuil (S) prédéterminé, fonction du point de fonctionnement (C, N) du moteur, et d) on diagnostique un raté de combustion quand la valeur de E (t) dépasse le seuil (S), avec pour particularité complémentaire que l'indice I (t) est calculé à partir d'une combinaison linéaire d'au moins deux indices élémentaires (l1, 12, 13) représentatifs chacun des irrégularités de fonctionnement du moteur dans un domaine de 20 fonctionnement (AC, AN) prédéterminé du moteur, les indices élémentaires (l1, 12, 13) étant pondérés, dans la combinaison, par des coefficients de pertinence (af,y) prédéterminés, obtenus dans des conditions sensiblement identiques de fonctionnement sur un moteur de référence testé sur banc. En outre, de préférence en relation avec la caractéristique qui précède, une 25 autre caractéristique de l'invention conseille que les indices élémentaires (11, 12, 13) soient adaptés chacun pour augmenter le rapport signal sur bruit de la détection d'irrégularités de fonctionnement du moteur dans le domaine de fonctionnement (AC, AN) qui lui est associé. Selon encore une autre caractéristique, on conseille que les coefficients de 30 pertinence (a8,,y) soient tabulés en fonction du régime (N) et de la charge (C) du moteur. Ainsi, deux éléments caractéristiques du fonctionnement du moteur (son régime et sa charge), particulièrement illustratifs des conditions réelles de conduite rencontrées par l'utilisateur du véhicule, sont directement pris en considération pour mettre en évidence les éventuels défauts de combustion. Concernant le type de traitement (calcul) effectué en relation avec l'indice I (t), on notera que de préférence: - la valeur estimée de I (t At) est une valeur filtrée dans un filtre électronique de données. - et/ou la valeur estimée de I ( t At) est une valeur moyennée correspondant à la valeur moyenne de plusieurs valeurs courantes de I (t) à plusieurs 5 instants différents de l'instant (t) pour le calcul de l'indice I (t), les valeurs s'écartant trop de la valeur attendue étant soit triées soit pondérées de manière à ne pas affecter la moyenne. En relation avec les moments o les relevés préalables à la mesure d'indice sont effectués, il est conseillé que les valeurs de I (t) et 10 i (t At) calculées correspondent à des instants de fonctionnement (t) et (t At) appartenant à un même cycle de fonctionnement du moteur, ou à des cycles éloignés l'un de l'autre de moins de cinq cycles consécutifs. Ainsi, la fiabilité de la détection sera accrue. La valeur de cinq cycles est donnée pour un moteur à quatre cylindres et 15 correspond à 7200 au niveau du vilebrequin. Pour une autre architecture moteur, le nombre de cycles optimum sera établi compte tenu de cette remarque. On notera que dans la présente description, le terme "cycle" correspond à l'intervalle de temps séparant deux points morts hauts actifs (PMHA) d'un cylindre, un "point mort haut actif" correspondant à la position angulaire du vilebrequin qui précède la 20 détente des gaz, soit la distance minimale entre le piston et le sommet de la culasse de ce moteur. Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence à la figure annexée qui est un logigramme présentant schématiquement un exemple de mise en oeuvre d'un procédé de détection conforme à l'invention. Sur cette figure, il apparaît que le procédé suivant l'invention exploite des signaux délivrés classiquement par un capteur de position 1, à réluctance magnétique par exemple, sensible au défilement des dents d'une roue dentée 2, ou cible, fixée sur l'arbre de sortie d'un moteur à combustion interne (non représenté). Le capteur de position angulaire 1 est ainsi assujetti à une pièce fixe du 30 moteur en regard de la roue 2 qui est donc solidaire du vilebrequin. Typiquement, la roue porte une série de dents identiques régulièrement espacées et une dent singulière (par exemple, de largeur égale à trois dents courantes) dont la position absolue est parfaitement connue par rapport au vilebrequin. Ce capteur délivre un signal Sc renfermant, à chaque tour du vilebrequin, des données sur la position angulaire 35 correspondant au passage de chaque dent courante et une information de position absolue correspondant au passage de la dent singulière. Ces données peuvent consister en une suite d'impulsions, après mise en forme dans des moyens électroniques de traitement associés au capteur. Les données de position absolue permettent de connaître la position des points morts hauts actifs. Un compteur reçoit le signal Sc et délivre des valeurs d'écart temporel At,, At2, ... par une mesure des temps séparant le passage de dents prédéterminées devant le capteur. Ces écarts temporels sont 5 mémorisés dans une mémoire du calculateur prévu sur le véhicule et traités par ce dernier. Ces moyens de calcul sont programmés pour grouper les valeurs d'écarts temporels en ensembles d'échantillons At1, At2, ... à partir desquels est calculé le paramètre critique. Ainsi, après avoir été conformés, les signaux délivrés par le capteur 1 sont 10 exploités à l'étape 3 pour calculer ce paramètre, ou indice, critique représentatif des irrégularités de fonctionnement du moteur, lesquelles résultent donc, notamment, de ratés de combustion. De fait, cet indice est représentatif des variations de la vitesse instantanée de rotation du moteur à l'instant du cycle choisi (typiquement, la combustion), c'est-à-dire à un instant de référence de la phase de combustion, de préférence par 15 rapport à la vitesse moyenne entre deux points morts hauts actifs consécutifs. L'indice calculé prend la forme d'une combinaison linéaire d'écarts temporels Ati (acquis à l'étape 4) séparant des positions angulaires prédéterminées du vilebrequin du moteur relevées grâce au signal délivré par le capteur 1, de préférence lors d'une même phase de combustion du moteur, ou de phases consécutives. L'indice peut par exemple correspondre à une valeur estimée du couple du moteur à l'instant considéré, notamment lors de la combustion (tel que PMHA), à un cycle donné. Ainsi, lors de l'étape 4 et dans chaque fenêtre d'échantillonnage, une série de mesures d'écarts temporels, par exemple angulairement répartis de part et d'autre d'une 25 position de référence, est menée en vue d'obtenir l'ensemble précité d'échantillons Ati sur ladite fenêtre, après quoi, pour chaque ensemble d'échantillons une combinaison linéaire de ces valeurs At, mesurées est effectué, de façon à obtenir l'indice concerné. Comme dans le brevet français FR-A-2 689 934 précité, cette combinaison linéaire I peut s'exprimer par la relation: 1 l(t) = - At, - 3 At2 - 2 At3 + 2 At4 + 3At5 + At6 (avec i = 1,2, ... n) éventuellement pondérée par un facteur 1/t3 ou t est un paramètre proportionnel à la durée d'une rotation de la roue 2. Ainsi, de préférence pour chaque cycle ou pour une série sélectionnée de cycles, un instant spécifique de la combustion est surveillé en déterminant, par des combinaisons linéaires simples, un paramètre représentatif des 35 variations de la vitesse instantanée à cet instant. Suivant la présente invention, on utilise comme indice I (t) représentatif des irrégularités de fonctionnement du moteur, une combinaison linéaire d'au moins deux indices, par exemple d'indices "élémentaires" Il (t), tels que 11 (t), 12 (t), 13 (t), adaptés chacun à un domaine de fonctionnement particulier du moteur, défini par des intervalles de variations particuliers AC de la charge C, et AN du régime N de ce moteur. Cette adaptation vise à rendre maximal le rapport signal/bruit de la détection à opérer, dans les domaines de fonctionnement du moteur associés aux indices Il (t), 12 (t), 13 (t), respectifs. Pour chaque indice élémentaire, des écarts temporels séparant des positions angulaires prédéterminées de la pièce tournante solidaire du vilebrequin vont donc être mesurés, l'indice élémentaire correspondant étant ensuite calculé à partir de ces écarts. De tels calculs, comme ceux évoqués ailleurs dans la présente description, 10 peuvent être exécutés par le calculateur embarqué sur le véhicule qui gère le fonctionnement du moteur et qui est dment programmé à cet effet. C'est ainsi qu'à l'étape 5 du logigramme de la figure 1, alors que le véhicule est en utilisation courante, on calcule différents indices Il (t) , 12 (t), 13 (t) ..., adaptés chacun à un des domaines du fonctionnement du moteur, cette 15 adaptation s'opérant, par exemple, par le choix d'une série particulière de coefficients de pondération, pour les intervalles At mesurés. A l'étape 6, suivant une caractéristique avantageuse de la présente invention, on calcule la valeur courante I (t) d'un indice "universel" tel que: 1 (t) = a 11 (t) + F 12 (t) + Y 13 (t), o a, P3 sont des coefficients "de pertinence" tirés d'une unité mémoire (table) 7 o ces coefficients sont stockés en fonction de la charge C et du régime N du moteur. Ces coefficients pondèrent, dans l'expression de I (t), les indices associés en fonction de la plus ou moins grande proximité du point de fonctionnement (C, N) actuel du moteur, visà-vis du domaine de fonctionnement (AC, AN) associé à chaque indice élémentaire. De 25 façon connue, la charge pourra être mesurée par tout moyen classique (dépression dans le collecteur d'admission, débit d'air, ...), tandis que le régime moteur pourra être prélevé à chaque tour du moteur par des moyens traditionnels. Les valeurs de l'indice I (t) calculées lors des phases de combustion successives déclenchées dans les cylindres du moteur permettent, selon une caractéristique 30 essentielle de la présente invention, de calculer à l'étape 8 la valeur d'une fonction d'observation E (t) telle que: E (t) = 1 (t) - I (t At) o I (t At) est une valeur estimée filtré de l'indice I (t) à un instant (t At) différent de (t), et I (t) la valeur courante (actuelle à l'instant t) de 1, calculée à l'étape 6. Ainsi, la fonction E (t) fournit un écart instantané entre deux valeurs réelles (c'est-à-dire existant alors que le véhicule est en fonctionnement, et non pas en test sur banc comme lors de l'étape de l'élaboration des données contenues dans la table 7). La population des valeurs prises en compte intègre une population avec ratés de combustion et sans ratés de combustion, permettant ainsi d'obtenir une image réelle du fonctionnement du moteur, alors que le véhicule circule. Les valeurs calculées de I (t) et I (t At) correspondront de préférence à des 5 valeurs existant à des instants de fonctionnement relativement proches, c'est-à-dire appartenant de préférence soit à un même cycle de fonctionnement du moteur (typiquement un cycle à quatre temps), soit à des cycles distants entre eux d'au plus cinq cycles consécutifs, le chiffre de cinq cycles ayant été choisi comme illustrant cette relative proximité dans le temps entre les valeurs prises en compte, de façon tant à éviter de 10 surcharger la mémoire du calculateur qu'à rendre éventuellement erratique le système, compte tenu des évolutions de fonctionnement du moteur. La valeur de cinq cycles est donnée pour un moteur à quatre cylindres et correspond à 7200 au niveau du vilebrequin. Pour une autre architecture moteur, le nombre de cycles optimum sera établi compte tenu de cette remarque. Le choix du traitement des valeurs utilisées pour calculer la fonction E (t) à partir de valeurs moyennées et/ou filtrées dans un filtre électronique approprié, dépend en particulier du nombre de valeurs que l'on souhaite prendre en compte et de l'utilisation que l'on souhaite faire de la valeur calculée E (t). Si le nombre de valeurs prises en compte dans le calcul de I (t) est important, 20 on pourrait souhaiter utiliser une valeur moyennée. Utiliser une valeur filtrée peut par ailleurs permettre de s'exonérer de certaines données erratiques. On peut notamment éliminer lesdites valeurs erratiques ou bien encore les pondérées de manière à rendre leur influence négligeable. Comme indiqué sur la figure jointe, la table 7 (unité mémoire) établie donc sur 25 banc permet au calculateur embarqué sur le véhicule non seulement de calculer l'indice I (t) comme expliqué ci-avant, mais également de calculer à l'étape 9 une valeur de seuil S correspondant, comme I (t), à une combinaison linéaire d'au moins deux indices élémentaires li et donc telle que: S = Oa l + P 12 + Y 13 compte tenu de l'exemple de combinaison linéaire 30 retenue pour I (t). Dans cette relation, ap et y sont les coefficients de pertinence précités, fonction de la charge C et du régime N du moteur lors de son test sur banc, ", 12, 13 étant trois valeurs de l'indice I établies à des instants différents choisis pendant le fonctionnement du moteur en test. A l'étape 10, on compare la valeur de E (t) à la valeur de seuil S, laquelle est donc fonction directement du régime N et de la charge C du moteur. Compte tenu de l'objet de l'invention, le seuil S sera établi de manière qu'un dépassement de sa valeur par E (t) corresponde, à l'instant de ce dépassement, à l'occurrence d'un raté de combustion (RC), ainsi diagnostiqué. Un ou plusieurs seuils de défaut pourront être définis. L'unité mémoire 7 peut au demeurant contenir une cartographie de seuils, établie sur banc, pour différents (chaque) régime(s) moteur et charge(s) de la plage de fonctionnement de ce moteur. Cette cartographie pourra donc avoir été définie préalablement en provoquant artificiellement un défaut de combustion à des régimes et charges prédéfinis, en effectuant les mesures précitées d'écarts temporels (Ati) et en 10 calculant le ou les indices critiques correspondants, et en mémorisant par ailleurs une partie de ces indices en tant que seuil(s) de défaut. A chaque cycle, alors que le véhicule roule normalement (par exemple à chaque point mort haut), on détecte alors le régime courant du moteur et la charge courante moyenne appliquée et l'on extrait de l'unité mémoire 7 le seuil de défaut 15 correspondant afin d'effectuer la comparaison évoquée ci-dessus. Plus précisément, après chaque calcul de l'indice I (t), les moyens embarqués de calcul, programmés pour déterminer le régime et la charge du moteur à partir des données reçues du compteur d'impulsions associé au capteur 1 et d'un capteur de pression d'admission par exemple, peuvent extraire de la mémoire de la table 7 le seuil 20 correspondant au régime et à la charge et comparer l'indice à ce seuil (étape 10). En cas de dépassement, une information de défaut peut être délivrée vers des moyens d'alerte pour engager l'action à exécuter (alarme, action sur un injecteur...). En conclusion, on notera que le processus de combinaison linéaire d'indices de base (I", 12, 13), correspondant à un instant donné à l'état de fonctionnement du moteur 25 en fonction de son régime N et de sa charge C, permet ici: - de mettre en évidence les absences de combustion en choisissant, pour chaque point de fonctionnement, le meilleur indice disponible par une pondération appropriée, - d'assurer une transition progressive entre les différents choix d'indice, sans 30 inhiber le diagnostic et sans modifier la calibration de la détection, - et de limiter les calculs de par la linéarité des traitements effectués par le calculateur, y compris les adaptations notamment lors des changements d'indice. Il est également à noter que ce procédé évite un capteur auxiliaire pour décrire l'état de la chaussée, en permettant de garantir une détection conforme aux 35 normes actuelles. Il garantit également une couverture du diagnostic qui peut être continue dans le temps, même lorsque les conditions de fonctionnement du moteur nécessitent des changements fréquents de la sensibilité de la détection et des indices utilisés pour celleci. Le temps de mise au point est également réduit, chaque détection à partir de l'indice de base sélectionné pouvant être calibré une fois pour toutes pour un régime fixé 5 (lors du test sur banc), indépendamment de la pondération définitive liée à la dynamique du véhicule en fonctionnement. REVENDICATIONS 1.- Procédé de détection de ratés de combustion d'un mélange entre un combustible et un comburant, dans l'un quelconque des cylindres d'un moteur à combustion interne, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) lors de certaines au moins des phases de combustion dans l'un au moins des cylindres, on calcule une valeur courante, à un instant (t) de fonctionnement du moteur, d'un indice I (t) représentatif d'irrégularités de fonctionnement dans le temps du moteur, b) pendant que le moteur fonctionne, et à partir de la valeur courante à 10 l'instant (t) de l'indice I (t), on calcule la valeur courante au même instant (t) d'une fonction d'observation E (t) telle que: E (t) = (t) - I (t At) o I ( t At) est une valeur estimée de l'indice I (t) à un instant (t At) différent de (t), c) on compare la valeur courante de E (t) à un seuil (S) prédéterminé, fonction de la charge (C) et/ou du régime (N) du moteur, et d) on diagnostique un raté de combustion quand la valeur de E (t) dépasse le seuil (S) l'indice I (t) étant calculé à partir d'une combinaison linéaire d'au moins deux 20 indices élémentaires (l1, 12, 13) représentatifs chacun des irrégularités de fonctionnement du moteur dans un domaine de fonctionnement (AC, AN) prédéterminé du moteur, les indices élémentaires (l1, 12, 13) étant pondérés, dans la combinaison, par des coefficients de pertinence (cL,py) prédéterminés, obtenus dans des conditions sensiblement identiques de fonctionnement sur un moteur de référence testé sur banc. 2.- Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les coefficients de pertinence (a",,y) sont tabulés en fonction du régime (N) et de la charge (C) du moteur. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les indices élémentaires (la, 12, 13) sont adaptés chacun pour augmenter le rapport signal sur 30 bruit de la détection d'irrégularités de fonctionnement du moteur dans le domaine de fonctionnement (AC, AN) qui lui est associé. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs de I (t) et i (t At) calculées correspondent à des instants de fonctionnement (t) et (t At) appartenant à un même cycle de fonctionnement 35 du moteur, ou à des cycles éloignés l'un de l'autre de moins de 720 de rotation du vilebrequin. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de I (t At) est une valeur filtrée dans un filtre électronique de données. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que la valeur de I( t At) est une valeur moyennée correspondant à la valeur moyenne de plusieurs valeurs courantes de I (t) à plusieurs instants différents de l'instant (t) pour le calcul de l'indice I (t), ces valeurs étant triées ou pondérées de manière à ce que les valeurs correspondant à des irrégularités de combustion ne perturbent pas la valeur résultante I( t At). 10