Brevet FR2895024A1 — publié le 20070622

La presente invention se rapporte a un procede de commande d'un moteur de vehicule, notamment automobile. En particulier, l'invention se rapporte a un procede de commande d'un moteur comprenant une etape oil Yon determine si un rate de combustion a lieu pendant un cycle de combustion dans une chambre de combustion du moteur. Une telle etape est deja connue. Elie peut titre mise en ceuvre pour controler les emissions polluantes du vehicule et faire ainsi en sorte de respecter des normes antipollution. On sait en effet que de tels rates de combustion peuvent avoir une influence importante sur cette emission. A titre d'exemple non limitatif, dans un moteur comprenant un pot catalytique, on sait qu'un rate de combustion peut engendrer une degradation de ce pot. Une raison est que le carburant non brine, lorsqu'il circule a l'interieur, peut s'enflammer et deteriorer des materiaux, notamment ceux qui sont destines a titre en contact avec des gaz d'echappement du moteur. Afin de limiter de tels rates, une technique connue consiste a les detecter en analysant une pression dans un collecteur du moteur. A cet egard, on pourra se referer au document US 2002/0134356 dans lequel on utilise cette pression en combinaison avec un reseau de neurone dont un apprentissage est mis en oeuvre au moment d'un calibrage du moteur sur banc d'essai. Une autre technique connue consiste a detecter les rates de combustion a 1'aide d'une pression d'un gaz d'echappement recircule, couramment designe par gaz EGR (EGR est 1'acronyme de Exhaust Gaz Recirculation en langue anglo-saxonne). Cette technique est notamment decrite dans le document US 5 193 513. Bien qu'ayant rendu de nombreux services, ces techniques offrent aujourd'hui des performances limitees. Une raison est que les normes antipollution devenant toujours plus severes, le cahier des charges concernant notamment le controle de la combustion, et par la meme des rates de combustion, devient de plus en plus exigeant. A titre d'exemple non limitatif, la detection des rates n'est pas assez precise et efficace. En particulier, un rapport signal a bruit lie a une mesure qui est necessaire a la detection et au controle de la combustion est encore trop faible. Par ailleurs, ces techniques ne permettent pas toujours de fournir une reponse appropriee lorsqu'un rate a ete detecte. Par exemple, la simple detection d'un rate de combustion ne devrait pas conduire necessairement a une intervention dans le controle de la combustion. Une analyse plus fine de ce type de perturbation doit etre mise en oeuvre pour permettre un meilleur diagnostic et une intervention plus pertinente. De meme, malgre des efforts dans ce sens, le temps necessaire a la detection d'un rate est bien trop long selon ces techniques. Un but de l'invention est done de s'affranchir au moms de ces inconvenients. En particulier, 1'invention a pour but un procede dans lequel on detecte la presence d'un rate ou d'une perte de combustion de maniere fiable et rapide. A cet effet, on propose selon l'invention un procede de commande d'un moteur caracterise en ce quill comporte une etape oil l'on determine la survenue eventuelle d'une perte ou de rates de combustion dans une chambre de combustion du moteur en comparant la valeur d'une moyenne glissante d'une grandeur predeterrninee du moteur a une valeur seuil predeterminee. L'utilisation d'une telle comparaison offre notamment 1'avantage de reduire les bruits de mesure de la grandeur. Elie permet aussi de reduire l'influence d'un rate de combustion sur la determination d'une perte de combustion, ce qui permet d'intervenir rapidement sur le procede de combustion du moteur dans des cas ou cela en vaut reellement la peine. Des aspects preferes mais non limitatifs du procede selon l'invention sont les suivants : - le procede comporte en outre une etape oil l'on modifie au moins une valeur de la grandeur qui est prise en compte dans la moyenne glissante, lorsque l'un des rates de combustion est detecte ; - on modifie la valeur de la grandeur qui est prise en compte pour la premiere fois dans la determination de la moyenne glissante ; - la modification de la valeur consiste a la remplacer par celle d'une moyenne realisee sur un nombre m de valeurs de la grandeur inferieur a un nombre n de valeurs pris en compte dans la moyenne glissante ou par la derniere valeur determinee de la moyenne glissante ; - on met en oeuvre 1'etape de modification de la valeur de la grandeur si Yon a determine la presence d'une perte de combustion ; - le procede comporte en outre une etape oil Yon initialise les valeurs prises en compte dans la moyenne glissante si Yon a determine la presence d'une perte de combustion ; - on determine la presence eventuelle de chacun des rates de combustion en comparant la valeur de la grandeur a une valeur seuil predeterminee ; - la grandeur est selectionnee dans le groupe suivant : une pression d'un gaz dans un cylindre du moteur, une pression moyenne indiquee dans le cylindre, une consommation specifique indiquee d'un carburant injecte dans le cylindre, un couple du moteur ; - la grandeur depend d'un degagement d'energie d'un gaz present dans la chambre de combustion ; - on estime la grandeur de maniere iterative selon un angle vilebrequin et en ce que cette estimation iterative se presente sous une forme du type : 1 p o To ù Taùoa p o Va ù Vaùoa + y-1 \Ta AO ) Va 40 ou C est la grandeur estimee, O 1'angle vilebrequin, y le rapport des chaleurs specifiques (Lp et Cv), V le volume d'un cylindre de la chambre de combustion, et p et T une pression et une temperature clans le cylindre. D'autres aspects, buts et avantages de 1'invention apparaitront mieux a la lecture de la description suivante de l'invention, faite en reference aux dessins annexes sur lesquels : - la figure 1 est un moteur apte a mettre en oeuvre le procede de l'invention, Co = la figure 2 est un organigramme general d'un mode de realisation du procede de l'invention, la figure 3 correspond a un organigramme presentant des etapes mises en oeuvre selon un aspect particulier de ce mode de realisation. En se referant maintenant a la figure 1 le moteur dans l'invention comporte typiquement un injecteur ou une bougie d'allumage 1 dont une extremite est en contact avec une zone interne d'une chambre de combustion 4. Dans la chambre de combustion 4, un piston 6 peut de fawn connue en soi coulisser selon un axe de la chambre pour entrainer en rotation un vilebrequin 10 par 1'intermediaire d'une bielle 7. Par ailleurs, des acces d'entree 3 et de sortie 2 de gaz dans la chambre sont egalement prevus. Le monteur comporte en outre des capteurs pour mesurer des grandeurs du moteur. L'une au moires de ces grandeurs va servir dans le procede de commande du moteur selon l'invention. A cet egard, on peut utiliser en tant que grandeur une pression dans le cylindre de la chambre, une pression moyenne indiquee (PMI), une consommation specifique indiquee (CSI) ou un couple moteur. On notera par ailleurs que le procede utilise un angle vilebrequin notamment pour connaitre un etat d'un cycle de combustion. Les capteurs concernes sont representes par la reference 9 pour 1'angle vilebrequin, et 5 pour les grandeurs precitees. Le moteur comporte encore un boitier electronique 8 apte a mettre en oeuvre le procede de 1'invention. Plus precisement, ce boitier possede des entrees 11, 12 vers lesquelles sont achemines des signaux issus des capteurs notamment precites. I1 possede en outre au moins une sortie 13 a partir de laquelle it est apte a delivrer un signal a une actuateur du moteur qui joue un role dans le procede de commande. Darts 1'exemple non limitatif illustre a la figure 1,1'actuateur correspond a la bougie ou l'injecteur 1 susmentionnes. On va maintenant decrire un mode de realisation du procede mis en ceuvre notamment par le boitier 8. On supposera dans cette description que la grandeur qui intervient dans ce procede est la pression dans le cylindre. Bien entendu, 1'homme du metier comprendra que cette description pourra etre adaptee de maniere evidente a d'autres grandeurs telles que celles mentionnees plus haut. La figure 2 montre un organigramme de ce mode de realisation. On considere que 1'on vient d'effectuer un k-ieme cycle de combustion et une k-ieme mesure de la pression dans le cylindre. Dans une etape 100, on considere les n-1 dernieres valeurs des mesures de cette pression (n est un entier). A cet egard, on a designe la valeur d'une pression mesuree au cycle actuel k par la variable yc(k). Par consequent, les n-1 valeurs precitees sont contenues dans un intervalle [yc(k-n+1), yc(k-1)]. Selon l'invention, on determine a une etape 101 une moyenne glissante, notee y, basee sur les n-1 valeurs dudit intervalle et sur la valeur yc(k). En d'autres termes, on determine cette moyenne glissante au pas k par une relation du type : n-1 Eyc(k -i) Y =o - n Dans une etape 102, la valeur de la moyenne glissante ainsi obtenue est comparee a une valeur seuil S1 predeterminee. Si elle est superieure a S1, le procede passe a une etape 103 ou l'on incremente le pas k pour un prochain cycle de combustion, puis a une etape 10 104 ou l'on met a jour les n-1 dernieres valeurs de la pression mesuree dans le cylindre. I1 en decoule par exemple que la valeur yc(k) devient yc(k-1), yc(k-n+2) devient yc(k-n+1) et 1'ancienne valeur yc(k-n+1) n'est plus prise en compte dans la moyenne glissante. 15 Dans le cas contraire ou y(k) est inferieure ou egale a S1 dans 1'etape 102, on considere selon l'invention qu'il y a une perte de combustion. Et le procede passe alors a une etape 105 ou cette perte de combustion est enregistree au moyen d'une variable Perte(k) prevue a cette effet. Plus precisement, cette variable contient initialement des zeros 20 indiquant par defaut une absence de perte de combustion. Et, au pas k en question, on assigne une valeur 1 a cette variable lorsque l'on met en oeuvre 1'etape 105 de sorte a indiquer qu'une perte de combustion a ete detectee. On notera ici qu'un tel enregistrement permet notamment de fournir 25 par la suite un historique sur les pertes de combustion et d'etablir alors un5 diagnostic qui permettra d'engager d'eventuelles actions appropriees (par exemple un remplacement de la bougie, etc.). Neanmoins, des que la perte de combustion au pas k est detectee, le procede mis en oeuvre peut proceder a d'autres operations. A cet egard un test 106 est effectue pour determiner si une action particuliere doit titre mise en oeuvre. Dans 1'affirmative, le procede met en place ces actions (etape 107). Dans la negative, it attend le prochain cycle de combustion et repart a 1'etape 100. Differents tests peuvent titre utilises. En particulier, selon un aspect de l'invention, un test 106 peut consister a analyser si au pas k ou la perte de combustion est detectee, un rate de combustion a egalement ete detecte. Pour ce faire, le test 106 dans la figure 2 peut comprendre une etape 200 montree dans la figure 3 ou lion compare directement la valeur yc(k) a une valeur seuil S2 predeterminee. Si cette valeur yc(k) est inferieure ou egale a S2, on considere qu'il y a un rate de combustion. On passe alors a une etape 201 ou ce rate de combustion est enregistre au moyen d'une variable rate(k) prevue a cette effet. Plus precisement, cette variable contient initialement des zeros indiquant par defaut une absence de rate de combustion. Et, au pas k en question, on assigne une valeur 1 a cette variable lorsque Yon met en oeuvre 1'etape 201 de sorte a indiquer qu'un rate de combustion a ete detecte. Dans le cas contraire oil yc(k) est superieur a S2, on assigne dans une etape 202 la valeur 0 a la variable rate(k). On notera ici qu'un tel enregistrement permet notamment de fournir par la suite un historique sur les rates de combustion et d'etablir alors un diagnostic qui permettra d'engager d'eventuelles actions appropriees (nouveau reglage du moteur, etc.). Lorsque dans le cycle k on a detecte la presence a la fois d'un rate et d'une perte de combustion, on passe alors a l'etape d'action 107. Selon un aspect de l'invention, dans cette etape 107 on modifie la valeur de la moyenne glissante. A cet effet, diverses possibilites sont prevues par l'invention. Par exemple, on peut modifier cette valeur en modifiant au moins une valeur yc contenue dans ledit intervalle pris en compte dans le calcul. Selon un aspect prefere, on initialise la moyenne glissante de sorte qu'elle devienne egale a la valeur actuelle yc(k). A cet effet, on peut remplacer chacune des n-1 valeurs prises en compte dans cette moyenne par ladite valeur actuelle. On peut aussi choisir que la moyenne glissante soit determine sur yc(k) tout seul. En d'autres termes, a partir du pas k cette moyenne n 'est plus basee sur n valeurs mais une seule, et plus precisement la valeur actuelle yc(k). On reconstruit alors 1'ensemble des n valeurs sur lesquelles la moyenne doit finalement etre determine au fur et a mesure des cycles de combustion. Par exemple, au pas k suivant, c'est-a-dire correspondant a k egal a k plus 1, la moyenne sera basee sur deux valeurs. Celle dont on vient de parler et la nouvelle valeur yc(k) mesuree a ce pas k. Comme on 1'aura compris, it faudra donc n iterations pour reconstituer une moyenne glissante sur n valeurs yc. Un avantage d'une telle reinitialisation est que la detection d'une perte de combustion par le procede est effectuee plus rapidement. Selon un autre aspect de l'invention, le test 106 qui est susceptible d'enclencher cette reinitialisation de la moyenne glissante ne comporte pas la condition ci-dessus d'une absence de rate de combustion. Ainsi, la reinitialisation a lieu des lors que la perte de combustion a tits detectee (cela revient a dire qu'il existe un lien direct entre 1'etape 105 et 1'etape 107 de reinitialisation). Selon encore un autre aspect de l'invention, c'est la presence d'un rate de combustion qui va conditionner la mise en ceuvre d'une action appropriee. Ceci est illustre a la figure 3 ou Yon a represents 1'etape 200 du test sur un rate de combustion suivie de 1'etape 102 dans laquelle on teste la presence eventuelle d'une perte de combustion. Si dans cette derniere etape, on conclut qu'il n'y a pas de perte de combustion, on passe a une etape 203, oil une action appropriee peut eventuellement titre mise en oeuvre. Comme indique plus haut, une telle action peut consister a modifier encore la valeur de la moyenne glissante. A cet effet, on peut utiliser les memes techniques que precedemment. Mais selon un aspect prefers de l'invention, on distinguera deux cas. Dans un premier cas on choisit de ne pas tenir compte du rate de combustion yc(k) dans le calcul de la moyenne glissante. On notera que cela revient a dire quill existe un test supplementaire entre les etapes 200 et 201 consistant a regarder si Yon se trouve dans ledit premier cas ou le deuxieme cas que nous verrons plus loin. Par ailleurs, on choisit dans ledit premier cas de modifier la valeur de la moyenne glissante soit de telle sorte qu'elle soit egale a la valeur yc(k-1) au pas precedent, soit de telle sorte qu'elle soit egale a une moyenne sur m des n valeurs. Par exemple dans ce dernier cas, on peut considerer les m dernieres valeurs mesurees yc, valeur actuelle y(k) etant exclue, soit considerer un intervalle [yc(k-m-1); yc(k-1)]. Puis, calculer la moyenne de ces m valeurs et remplacer ensuite les n valeurs yc utiles au calcul de la moyenne glissante a 1'etape 104 par cette moyenne calculee. Dans le deuxieme cas, on choisit de reconstituer la moyenne glissante seulement pour la valeur y(k) comme decrit precedemment lorsque l'on reinitialise cette moyenne dans le cas d'une detection d'une perte de combustion. Ainsi, la moyenne glissante est basee uniquement sur une seule valeur, laquelle correspond a la valeur yc lors du rate de combustion, ou encore yc(k). Puis, on remplace la valeur yc(k) actuelle soit par la valeur yc(k-1) precedente, soit par la moyenne sur m des n valeurs precedentes, a 1'etape 104. Un avantage de telles modifications est de pouvoir attenuer 1'effet d'un rate sur la detection d'une perte de combustion. Par ailleurs, le deuxieme cas permet de mieux restituer le signal traite. En effet, lorsqu'un rate de combustion est detecte, son influence 5 n'affecte pas le calcul de la moyenne glissante apres ce rate. La moyenne glissante est alors plus fidele au signal qu'elle filtre. Selon un autre aspect de l'invention on utilise dans le procede decrit ci- dessus une grandeur qui depend d'un degagement d'energie apparent dans la chambre de combustion. 10 En particulier, cette grandeur notee C peut s'exprimer sous la forme suivante : 1 dQ C=-- V d0 oil V represente un volume dans la chambre de combustion, Q une energie presente dans les gaz de la chambre de combustion et 0 1'angle 15 vilebrequin. En pratique, le calcul de la derivee dans 1'expression ci-dessus rend la grandeur C assez bruitee. La multiplication par 1/V a notamment comme avantage de diminuer ce bruit. 20 En particulier, le bruit est reduit avantageusement juste avant et apres le point mort bas. En outre, 1'expression (1) permet d'obtenir un signal dont 1'amplitude est particulierement forte au moment du point mort haut, ce qui offre un avantage pour une detection de debut de combustion SOC (SOC pour Start 25 Of Combustion en langue anglo-saxonne). (1) Afin de faciliter le calcul de 1'expression (1) par le boitier electronique, et notamment de reduire la puissance de calcul necessaire, on la transforme en une expression de type recursive discretisee se presentant sous la forme : C 1 pe To ù To_Ao + pe Ve ù Ve oe s y -1 To AO Vo AO Oil y, p et T correspondent a un rapport des chaleurs specifiques cp et cv, une pression et une temperature dans le cylindre. Une telle expression a ete obtenue en partant de 1'expression de C susmentionnee et d'une expression de la derivee dQ/d0 du type dQ ù 1 V p dm + p dT ù p dV + y dV d0 yù1 \m dO T dO V d0, yù1p d0 oil m est une masse des gaz dans le cylindre. Notons que dans cette derniere expression, on pourrait remplacer la variable 0 par un temps t. Mais la demanderesse a determine que l'utilisation de la variable Q est avantageuse, car le procede est independant d'une vitesse de rotation du 15 moteur. On notera par ailleurs, qu'en utilisant la derivee angulaire d0 et la derivee de la temperature dT on evite avantageusement d'utiliser la derivee de la pression p qui introduit generalement un bruit important dans la determination de la grandeur C. 20 Selon un aspect prefere, V, p, T, y et m sont des variables fonction de 1'angle 0 et les seules variables mesurees sont p et O. En outre, on suppose que la masse m est constante. On suppose encore que le rapport y est constant, de preference egal a 1.4, avant la combustion et jusqu'a des premiers instants de celle-ci. Selon encore cet aspect prefere, 1'estimation du volume V et de sa derivee est obtenue par lecture dans une table du volume fonction de 1'angle O. Et pour 1'estimation de la temperature T et de sa derivee dT/d0 on suppose les gaz parfaits de fawn a pouvoir ecrire : 1 dT l dp 1 dV -- ù +ùT d0 p d0 V d0 Afin de ne pas reintroduire la derivee dp de la pression dans 1'expression de C, on prefere discretiser cette expression et la rendre iterative. En particulier, on utilise 1'expression suivante : 1 To ù Te-oe -= 1 pe ù pe-AO + 1 Ve ù Ve ee To A0 P 9 A0 Ve A0 avec A0 une constante angulaire. On en deduit que la temperature est estimee de fawn iterative a 1'angle 0 en fonction de la temperature a 1'angle 0ùA0 par une expression du type : To = Ta-oa 1 PO- AO + Ve- e -1 pe Ve Et, de maniere avantageuse la temperature est estimee a chaque angle 0 en fonction d'une temperature initiale correspondant a la temperature dans le cylindre a un instant oil une soupape d'admission se ferme. On notera qu'en variante, on peut utiliser une temperature initiale qui depend d'une mesure d'une temperature d'air admis dans le moteur. Dans tous les cas, de cette expression recursive de la temperature, on deduit sans difficulte 1'expression (1) plus haut. Comme on 1'aura compris, dans le procede de l'invention la grandeur C est donc estimee au cours d'un cycle. Si au cours de ce cycle elle est restee superieure a une valeur seuil predeterminee S2, on considere quill n'y a pas eu de rate de combustion. Et on assigne une valeur faible 0 a yc(k), par exemple la valeur O. Dans le cas contraire ou la grandeur C est restee inferieure au seuil S2 jusqu'a la fin du cycle de combustion, on assigne une valeur forte a yc(k), par exemple la valeur 1. Dans tous les cas exposes ci-dessus, on notera ici que les valeurs seuil peuvent titre determinees une fois pour toute au moment d'une mise au point du moteur, par exemple sur un banc d'essai. Par exemple dans le cas de la valeur seuil S2 a comparer avec la grandeur C, on utilisera de preference dans 1'exemple precite la valeur 0.5. Les valeurs seuil peuvent aussi titre variables dans le temps. Par exemple, it est interessant de faire varier certaines valeurs seuil selon un point de fonctionnement du moteur, de preference une quantite de carburant injectee par cycle dans la chambre de combustion ou un regime moteur. Bien entendu, la presente invention n'est nullement limitee a la forme de realisation decrite ci-dessus et representee sur les dessins. En particulier, 1'homme du metier pourra facilement determiner d'autres actions a mettre en oeuvre une fois avoir detecte un rate et/ou une perte de combustion selon le procede de l'invention. Par ailleurs, d'autres grandeurs que celles mentionnees ci-dessus peuvent titre utilisees dans le cadre de ce procede, des Tors qu'elles permettent d'aboutir a un diagnostic sur les rates et les pertes de combustion. A cet egard, le procede s'applique aussi dans le cas d'une combustion diesel ou essence homogene (de type HCCI) que dans le cas d'une combustion conventionnelle en essence ou en diesel. De meme, 1'homme du metier saura identifier de maniere evidente 5 d'autres criteres bases sur la moyenne glissante qui peuvent etre utilises pour conclure a un rate et/ou une perte de combustion. REVENDICATIONS 1. Procede de commande d'un moteur caracterise en ce qu'il comporte une etape ou l'on determine la survenue eventuelle d'une perte ou de rates de combustion dans une chambre de combustion du moteur en comparant (102) la valeur d'une moyenne glissante d'une grandeur predeterminee (101) du moteur a une valeur seuil predeterminee. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte en outre une etape (107) ou l'on modifie au moins une valeur de la grandeur qui est prise en compte dans la moyenne glissante, lorsque l'un des rates de combustion est detecte. 3. Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que l'on modifie la valeur de la grandeur qui est prise en compte pour la premiere fois dans la determination de la moyenne glissante. 4. Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que la modification de la valeur consiste a la remplacer par celle d'une moyenne realisee sur un nombre m de valeurs de la grandeur inferieur a un nombre n de valeurs pris en compte dans la moyenne glissante ou par la derniere valeur determinee de la moyenne glissante. 5. Procede selon rune des revendications 2 a 4, caracterise en ce que l'on met en oeuvre 1'etape de modification de la valeur de la grandeur si l'on a determine la presence d'une perte de combustion. 6. Procede selon 1'une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte en outre une etape (107) oil Yon initialise les valeurs prises en compte dans la moyenne glissante si Yon a determine la presence d'une perte de combustion. 7. Procede selon rune des revendications precedentes, caracterise en ce que Yon determine la presence eventuelle de chacun des rates de combustion en comparant (200) la valeur de la grandeur a une valeur seuil predeterminee. 8. Procede selon 1'une des revendication precedentes, caracterise en ce que la grandeur est selectionnee dans le groupe suivant : une pression d'un gaz dans un cylindre du moteur, une pression moyenne indiquee dans le cylindre, une consommation specifique indiquee d'un carburant injecte dans le cylindre, un couple du moteur. 9. Procede selon rune des revendications precedentes, caracterise en ce que la grandeur depend d'un degagement d'energie d'un gaz present dans la chambre de combustion. 10. Procede selon la revendication 9, caracterise en ce que Yon estime la grandeur de maniere iterative selon un angle vilebrequin et en ce que cette estimation iterative se presence sous une forme du type : C 1 P e To ù To Ao + P e Ve ù Ve m yù1\Te AO ) Ve AOoil C est la grandeur estimee, 0 1'angle vilebrequin, y le rapport des chaleurs specifiques (Cp et Cv), V le volume d'un cylindre de la chambre de combustion, et p et T une pression et une temperature dans le cylindre.