Brevet FR2878904A1 — publié le 20060609

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de surveillance et de commande d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique Selon le document DE 195 48 279 Al, on connaît un procédé et un dispositif de surveillance d'un système de dosage de carburant d'un moteur à combustion interne diesel. Partant d'un signal de sortie fourni par un capteur, on détecte un éventuel défaut du système de dosage de carburant. Un tel défaut caractéristique est que l'un des injecteurs du moteur à combustion interne n'injecte plus de carburant et que, de ce fait, le bruit de combustion caractéristique disparaît pour un cylindre ou que trop de carburant est injecté, ce qui se traduit par une augmentation du niveau de bruit de combustion. On décèle un dé- faut du système de dosage de carburant si les bruits de combustion d'un cylindre diffèrent d'un seuil prédéfini, la moyenne des bruits de combustion de tous les cylindres. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in- convénients et concerne à cet effet un procédé caractérisé par les opérations suivantes: - saisie d'un signal de bruit de structure du moteur à combustion in-terne en mode de poussée à l'aide d'au moins un capteur de bruit de structure, - comparaison du signal du capteur de bruit de structure à une valeur limite, - émission d'un signal de défaut si le signal du capteur de bruit de structure dépasse une valeur limite. Le procédé selon l'invention permet non seulement d'analyser les bruits de combustion mais aussi de déceler des défauts mécaniques autres ou encore l'usure du moteur à combustion interne et/ou de son installation d'injection de carburant. Le procédé selon l'invention travaille de manière très stable pendant toute la durée de vie du moteur à combustion interne car il permet de déceler et de compenser la variation des bruits parasites ou des bruits de fond. L'invention permet de distinguer les différents types de bruits suivants: - les bruits de combustion qui sont des bruits engendrés par la combustion du mélange carburant-air dans la chambre de combustion. Un bruit de combustion est seulement émis si le piston se trouve à proximité du point mort haut, - les bruits parasites qui sont des bruits engendrés par le moteur à combustion interne dans certaines circonstances pendant son fonctionnement. Par exemple, le choc d'une soupape d'échange de gaz sur son siège engendre un bruit parasite, - les bruits de fond diffus qui sont produits pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne et ne peuvent être associés à une opération particulière ou un composant particulier du moteur à combustion interne. Selon le procédé de l'invention pour surveiller ou contrôler et commander ou gérer un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, on saisit le bruit de structure du moteur à combustion interne fonctionnant en mode de poussée. Ce signal de bruit de structure du capteur de bruit de structure est ensuite comparé à un seuil qui dépend notamment de la vitesse de rotation et le procédé génère un signal de défaut si le signal de bruit de structure du capteur de bruit de structure dépasse le seuil vers le haut ou vers le bas. Avantages de l'invention La mesure du bruit de structure en mode de poussée du moteur à combustion interne, c'est-à-dire lorsque l'on n'injecte pas de carburant dans les chambres de combustion et qu'il n'y a pas, dans ces conditions, de combustion dans les chambres de combustion, permet de saisir tous les bruits de structure du moteur à combustion interne non engendrés par la combustion; on saisit en particulier les bruits pa- rasites et à partir des variations de ces bruits parasites, on détermine l'usure et/ou les défauts du moteur à combustion interne. Il est avantageux d'exploiter seulement certaines plages de mesure ou de fréquence dans lesquelles on saisit le bruit de structure. Le procédé selon l'invention permet ainsi de détecter à temps les défauts mécaniques et/ou l'usure des ensembles mécaniques ou des composants du moteur à combustion interne ou du système d'injection de carburant. Ainsi, il est d'abord possible d'adapter la gestion du moteur à combustion interne à l'état d'usure du système d'injection de carburant et du moteur à combustion interne et/ou d'enregistrer dans une mémoire les états d'usure des différents ensembles ou du système d'injection de carburant pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne. Cette mémoire peut alors être lue lors de la prochaine révision et les mesures d'entretien peuvent être prises. Il est en outre possible de détecter les bruits de structure non occasionnés par la combustion et qui, en général, varient pendant la durée de vie du moteur à combustion interne pour compenser l'influence de ces bruits sur la régulation ou gestion de la combustion fondée sur le bruit de structure. Cela permet de commander ou de gérer le moteur à combustion interne avec une qualité pratiquement constante pendant toute sa durée de vie, de façon que les émissions et la consommation du moteur à combustion interne ne varient pratiquement pas pendant toute sa durée de vie. Suivant une autre variante avantageuse du procédé de l'invention, on filtre le signal du capteur de bruit de structure. Selon un autre développement avantageux du procédé de l'invention, on saisit le signal du capteur de bruit de structure dans une ou plusieurs fenêtres et on associe à chacune des fenêtres une plage d'angle de rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne. Cette saisie sélective du point de vue angulaire et l'exploitation des signaux de bruit de structure en fonction de la fenêtre dans laquelle on a saisi un bruit de fond, permet d'associer ce bruit de fond à différents ensembles ou composants du moteur à combustion interne ou à Pins- tallation d'injection de carburant. Un exemple d'une telle détection à sélection angulaire et reconnaissance d'un défaut ou d'un composant qu'il faut régler de nouveau est celui de la soupape d'admission d'un certain cylindre. Cette soupape d'admission s'ouvre et se ferme dans une position du vilebre- quin prédéfinie par construction. Si dans une certaine fenêtre, on dé- tecte une soupape d'admission qui fait un bruit de battement, on peut obtenir également une information du cylindre auquel correspond cette soupape d'admission grâce à la position correspondante du vilebrequin lorsque se produit ce bruit parasite. Cette information permet de ré- duire de manière significative l'opération de réparation ou de réglage du jeu de soupape lors d'une intervention à l'atelier et diminuer le risque de diagnostic erroné ou de ne pas effectuer le travail de réparation ou de réglage nécessaire. Il est particulièrement avantageux de fixer au moins une fenêtre pour laquelle il n'y a pas de bruit parasite tels que par exemple des battements de soupape ou des bruits du piston, ou des bruits de combustion, de façon à ne rencontrer dans cette fenêtre que le bruit de fond. Cette variante du procédé de l'invention permet en outre de séparer le ou les bruits parasites du bruit de fond diffus. Cela augmente la sécurité de diagnostic du procédé de l'invention. Grâce à cette variante, même si les bruits de fond diffus changent, cela ne détériore pas la qualité de la surveillance du moteur à combustion interne car on peut compenser la dérive du capteur et/ou détecter l'évolution de l'usure du moteur à combustion interne. Il est également possible de tenir compte de variations du ou des signaux parasites dans l'exploitation du signal de bruit de structure. Les variations du ou des bruits parasites peuvent avantageusement être pris en compte pour le calibrage des doses injectées pour la pré- injection, l'injection principale et/ou la post-injection dans le mo-teur à combustion interne de sorte que le comportement du moteur à combustion interne, contrôlé selon l'invention, reste pratiquement constant pendant toute sa durée de vie. Selon un autre développement avantageux du procédé, dans une fenêtre dans laquelle le moteur à combustion interne atteint un point mort haut, on saisit le bruit de structure avec injection de carburant et sans injection de carburant et, par soustraction des signaux de bruit de structure fournis par le capteur de bruit de structure ou de caractéristiques déduites de ces signaux pour les deux modes de fonctionnement, on détermine le bruit de combustion. Comme ce bruit de combustion reste constant pendant toute la durée de fonctionnement du moteur à combustion interne, les autres conditions limites étant les mêmes, la comparaison des bruits de combustion, séparés par un intervalle de temps important, par exemple de 100 heures de fonctionnement, permet de déceler une dérive du capteur de bruit de structure et d'assurer la compensation nécessaire. En variante, il est également possible, partant de la bande de fréquence déterminée par le capteur de bruit de structure, de sélectionner une plage dans laquelle il y a une relation linéaire entre le signal de bruit de structure et la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et, par comparaison des pentes de cette relation linéaire dans un intervalle de temps, on détermine la pente de la courbe caractéristique. Cette pente de la courbe caractéristique se définit suivant l'équation ci-après: HG(n) = anouv x n + offset, ou HG(n) = aanc x n + offset, relations dans lesquelles a = la pente de la courbe caractéristique du signal de bruit de structure, HG = le signal de bruit de structure du capteur de bruit de structure pour un bruit de fond, n = vitesse de rotation (régime) du moteur à combustion interne. Les indices anc et nouv représentent deux instants différents auxquels on détermine les signaux de bruits de structure. Les différences obtenues de cette manière, à savoir Aaabsolu = aanc -anouv, OU Darelatif = Ciano/ anouv représentent ainsi une mesure de la dérive du capteur de bruit de structure et ces différences peuvent servir à la compensation de la dé-rive. Suivant un autre développement du procédé, on saisit le bruit de fond en mode de poussée du moteur à combustion interne et le bruit de fond en mode normal du moteur à combustion interne et on tient compte de la différence des bruits de fond dans les deux modes de fonctionnement pour l'exploitation des signaux de bruit de structure du capteur de bruit de structure. Cela peut se faire, par exemple, par une corrélation propre des deux bruits de fond obtenus lors de l'application du procédé selon l'invention à un certain moteur à combustion interne. Grâce à l'utilisation de plusieurs capteurs de bruit de structure dont on compare les signaux, on fait un contrôle de plausibilité permettant de déceler le défaut de fonctionnement d'un ou plusieurs capteurs de bruit de structure et d'éviter les effets négatifs sur la gestion du moteur à combustion interne ou des erreurs de détection de défaut. Le procédé selon l'invention de compensation de la dérive du capteur de bruit de structure peut également s'utiliser dans d'autres procédés de surveillance ou de contrôle d'un moteur à combustion in-terne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par bloc très simplifié d'un moteur à combustion interne, - la figure 2 est une vue simplifiée des signaux de sortie d'un capteur de bruit de structure en fonction de l'angle du vilebrequin, - la figure 3 est un schéma par bloc d'une première variante du procé- dé de l'invention, et - la figure 4 montre les courbes caractéristiques d'un capteur de bruit de structure. Description des modes de réalisation La structure de principe d'une installation d'injection ou système d'injection de carburant 102 d'un moteur à combustion interne sera décrit ci-après à l'aide de la figure 1. L'installation d'injection de carburant 102 comprend un réservoir de carburant 104 d'où le carburant 106 est prélevé par une pompe à carburant électrique ou mécanique 108. Le carburant 106 est transféré par une conduite de carburant basse pression 110 à une pompe haute pression 111 équipée d'une installation de commande du débit MSV. La pompe à haute pression 111 fournit du carburant 106 par une conduite de carburant à haute pression 112 à une rampe commune 114. Plusieurs injecteurs de carburant 116 sont reliés à la rampe commune 114 pour injecter le carbu- rant 106 directement dans la chambre de combustion 118 d'un moteur à combustion interne non représenté. Au voisinage du moteur à combustion interne 118, il y a un ou plusieurs capteurs de bruit de structure 120. Les capteurs de bruit de structure 120, comme l'installation d'injection de carburant 102, sont reliés à l'appareil de commande, non représenté, par l'intermédiaire de lignes de transmission de signaux. Pour que la signification des signaux du ou des capteurs de bruit de structure 120 soient aussi importantes que possible, il est avantageux de déterminer les signaux des capteurs de bruit de struc- ture dans différentes fenêtres associées chacune à une certaine plage d'angle du vilebrequin pour la saisie. En général, il est avantageux de sélectionner une ou plusieurs plages de fréquence appropriées du spectre fourni par le capteur de bruit de structure. La figure 2 montre le signal de capteur de bruit de structure (signal KS) en fonction de l'angle KW du vilebrequin d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres et quatre temps, suivant une représentation très simplifiée. La ligne 122 représente le signal de sortie idéalisé du capteur de bruit de structure 120. Les bruits parasites ne sont pas re- présentés à la figure 2 alors que le bruit de fond est représenté comme valeur constante entre les débattements de la ligne 120 correspondant à une combustion. L'angle du vilebrequin est représenté dans différentes fenêtres F1- F4 dans l'exemple simplifié de la figure 2. Chacune des fené- tres F 1-F4 couvre une plage angulaire de 90 du vilebrequin. L'invention n'est pas limitée à un certain nombre de fenêtres et/ou à leur position par rapport à la position du vilebrequin. Suivant l'application, on peut avoir un nombre plus ou moins important de fenêtres à la figure 2. La position des fenêtres peut également être différente de celles représentées à la figure 2. Le nombre et la position des fenêtres doivent être déterminés en fonction de l'arrivée des bruits parasites pour chaque moteur à combustion interne. Dans la première fenêtre F1 qui commence juste avant le point mort haut d'un premier piston du moteur à combustion interne à quatre cylindres et se termine après le point mort haut de ce piston, on saisit complètement les bruits de fond de ce cylindre. La fenêtre F2 sui-vante ne contient pas de bruit de combustion. Dans cette fenêtre il n'y aura que les bruits parasites et les bruits de fond. Dans la troisième fenêtre F3 suivante, on saisit les bruits de combustion d'un second cy- lindre du moteur à combustion interne. Par le choix approprié de la fenêtre F; et de sa position par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin, on améliore la signification des signaux des capteurs de bruit de structure 120. Il est également possible de fixer une ou plusieurs de ces fenêtres (désignées ci-après par l'indice m) de façon à ne pas rencontrer de bruit parasite dans cette fenêtre, comme par exemple un bruit de battement d'une soupape, mais uniquement des bruits de fond. Dans cette fenêtre, Fm, on pourra ainsi saisir les bruits de fond diffus. Cela permet de saisir d'éventuelles variations de ces bruits de fond qui ne proviennent ni d'une combustion dans le moteur à combustion interne, ni d'un bruit parasite qui pourrait résulter du fonctionnement régulier. Ce bruit de fond diffus varie en général pendant la durée de vie du moteur à combustion interne. Dans la comparaison des signaux du capteur de bruit de structure 120 dans une fenêtre Fm, à deux instants différents, séparés par exemple d'un intervalle de 50 heures de fonctionnement du moteur à combustion interne, on pourra saisir les variations du bruit de fond pendant la durée de vie du moteur à combustion interne. Cette variation peut être prise en compte pour l'analyse d'éventuels défauts de fonctionnement du moteur à combustion interne ou de l'évolution de son usure, se traduisant par des bruits parasites modifiés ou des bruits de combustion modifiés, ce qui améliore considérablement le contrôle de l'état du moteur à combustion interne. La figure 3 montre un premier exemple de réalisation d'un procédé selon l'invention pour surveiller ou contrôler l'état d'un moteur à combustion interne. Ce procédé est représenté sous la forme d'un schéma par bloc. Dans le premier bloc 124, on saisit le bruit de structure du moteur à combustion interne qui est transformé en un signal par le capteur de bruit de structure 120. Ce signal est exploité dans un second bloc 126 et, le cas échéant, il est filtré. Dans un troi- sième bloc 128, on compare ce signal du capteur de bruit de structure 120 à un seuil. Si le signal dépasse le seuil vers le haut ou vers le bas, on constate qu'il y a un défaut et on émet un signal de défaut correspondant. Cette étape se fait dans le bloc 130. Si la comparaison du signal de bruit de structure et du seuil ne donne pas de défaut, le procédé recommence par le bloc 124. Ce procédé peut également être exécuté de manière parti-culière pour chacune des fenêtres F1... F4 et pour chacun des capteurs de bruit de structure 120. La figure 4 montre une variante selon l'invention de la compensation de la dérive du capteur de bruit de structure. Le signal du capteur de bruit de structure présente, dans certaines plages, une relation linéaire avec la vitesse de rotation (régime) n du moteur à combustion interne. Cette relation linéaire est représentée par une droite appelée ci-après courbe caractéristique. Dans le cas général, une telle caractéristique a une pente a. Si maintenant à un premier instant, on saisit une telle courbe caractéristique 132, on associe une pente Qanc à cette courbe caractéristique 132. Si maintenant, à un instant ultérieur à 120 heures de fonctionnement, et dans les mêmes conditions limites, on exploite le signal du capteur de bruit de structure dans la même plage de vitesse de rotation et dans la même plage de fréquence, la courbe caractéristique peut avoir une autre pente et un autre passage par zéro. Cette courbe caractéristique modifiée est représentée à la figure 4, où elle porte la référence 134. Sa pente est anouv. Si l'on suppose que pendant les 100 heures de fonctionnement du moteur à combustion interne comprises, par exemple, entre l'instant de la courbe caractéristique 132 et celui de la courbe caractéristique 134, il n'y a pas eu de modification importante du moteur à combustion interne, les différences des pentes aanc et anouv résultent ex- clusivement de la dérive du capteur de bruit de structure 120. Cela signifie que, dans les deux cas, le bruit de structure du moteur à combustion interne est le même et que la cause de la différence des pentes anouv et aanc résulte uniquement de la dérive du capteur de bruit de structure 120. Dans ces conditions, on a la relation HG(n) = aanc x n + offset A partir de l'amplitude de la pente de la courbe caractéristique cane, on peut conclure à la dérive du capteur de bruit de structure 120. Dans l'équation ci-dessus, l'abréviation HG représente le bruit de fond du moteur à combustion interne. Ce bruit de fond diffus ne contient pas les bruits de combustion et autres bruits parasites qui se produisent pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne comme cela a déjà été indiqué ci-dessus. C'est pourquoi il est logique, ainsi, de conclure qu'à l'exception de la dérive du capteur de bruit de structure, rien n'a changé à ce bruit de fond. Ce moyen permet de compenser la dérive du capteur de bruit de structure 120. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in-terne, caractérisé par les opérations suivantes: - saisie d'un signal de bruit de structure du moteur à combustion in-terne en mode de poussée à l'aide d'au moins un capteur de bruit de structure (120), - comparaison du signal du capteur de bruit de structure (120) à une 1 o valeur limite, - émission d'un signal de défaut si le signal du capteur de bruit de structure (120) dépasse une valeur limite. 2 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in- terne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on filtre le signal de bruit de structure. 3 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in- terne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on saisit le signal du capteur de bruit de structure (120) dans une ou plusieurs fenêtres (F1, F2,... Fi), chaque fenêtre (F1, F2... F;) étant associée à une plage d'angle de rotation du vilebrequin du moteur à corn- bustion interne. 4 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in-terne selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans chaque fenêtre (Fi), on compare le signal du capteur de bruit de structure (120) saisi dans cette fenêtre (Fi) à un seuil, et si le signal du capteur de bruit de structure (120) dans cette fenêtre définie (Fi) dé-passe le seuil, on conclut, en fonction de cette fenêtre (Fi) à l'usure ou à un défaut d'un certain composant ou d'un certain ensemble de compo- sants du moteur à combustion interne ou de l'installation d'injection de carburant (102). 5 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in- terne selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que dans au moins une fenêtre (Fm, m = 1 i) il n'y a que des bruits de fond diffus et dans la ou les autres fenêtres (Fn, n 1... i et n # m) dans lesquelles il y a des bruits de fond, on détecte les variations du ou des bruits parasites par comparaison avec les bruits de fond diffus saisis dans l'une des autres fenêtres. 6 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in- terne selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on tient compte des variations du ou des bruits parasites dans l'exploitation du signal du capteur de bruit de structure (120). 7 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in-terne selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on tient compte des variations du ou des bruits parasites pour améliorer le calibrage de la dose injectée pour la pré-injection, l'injection prin- cipale et/ou la post-injection. 8 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in-terne selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la fenêtre dans laquelle le moteur à combustion interne atteint le point mort haut (OT), on saisit le bruit de structure avec et sans injection de carburant, et en retranchant les signaux du capteur de bruit de structure (120) dans les deux états de fonctionnement, on détermine le bruit de combustion. 9 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion in-terne selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' on détecte la dérive du capteur de bruit de structure (120) par compa- raison des bruits de combustion obtenus avec un intervalle de temps, et on la compense le cas échéant. 10 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à partir de la bande de fréquence déterminée par le capteur de bruit de structure (120), on définit une plage dans laquelle il y a une relation linéaire (caractéristique) entre le signal du capteur de bruit de structure (120) et la vitesse de rotation (m) du moteur à combustion interne, et la variation de la pente (a 1) de cette courbe caractéristique est une mesure de la dérive du capteur de bruit de structure (120). 11 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce que par la comparaison des signaux du capteur de bruit de structure (120) dans la plage dans laquelle il y a une relation linéaire entre le signal du capteur de bruit de structure (120) et la vitesse de rotation (n) du moteur à combustion interne et que l'on a obtenu avec un intervalle de temps, on définit les équations: HG(n) = aanc x n + décalage, ou HG(n) = anouv x n+ décalage dans lesquelles: a = pente de la courbe caractéristique du signal de bruit de structure, HG= signal de bruit de structure du capteur de bruit de structure (120) pour le bruit de fond, n = vitesse de rotation (régime) du moteur à combustion interne, anc = indice pour le premier instant de la détermination des signaux de bruit de structure, nouv = indice pour le second instant de la détermination des signaux de bruit de structure, et la pente de la courbe caractéristique est une mesure de la dérive du capteur de bruit de structure. 12 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on saisit le bruit de fond (HG) en mode de poussée du moteur à combustion interne, on saisit le bruit de fond (HG) en mode normal du moteur à combustion interne, et on tient compte des différences entre les bruits de fond dans les deux 15 modes de fonctionnement pour l'exploitation des signaux du capteur de bruit de structure (120). 13 ) Procédé pour surveiller et commander un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas de plusieurs capteurs de bruit de structure (120), on compare entre eux les signaux de ces capteurs de bruit de structure (120) et on vérifie leur plausibilité. 14 ) Appareil de commande d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu' il applique le procédé selon l'une des revendications 1 à 13.