Brevet FR2908885A1 — publié le 20080523

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'un moteur à combustion interne avec au moins un micro associé au moteur à combustion interne, selon lequel on capte le son du moteur à combustion et on le convertit en un signal électrique. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et un programme d'ordinateur exécutant le procédé. Etat de la technique Le diagnostic de l'état de fonctionnement d'un moteur à combustion interne se fait en général en mesurant et en exploitant différentes grandeurs physiques telles que la vitesse de rotation du vilebrequin, diverses pressions et températures ou des paramètres analogues. Selon le document EP-0 840 285 on connaît un système d'amortissement actif du bruit des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. De tels systèmes génèrent par exemple un signal sonore à l'aide d'un haut-parleur qui se combine au son généré par le système d'échappement et compense ou modifie le son dans le sens 20 d'une mise en forme du son . Une partie du système est un micro pour capter le son émis par le système d'échappement (bruit d'échappement). But de l'invention La présente invention a pour but de développer une autre 25 possibilité de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. Exposé et avantages de l'invention A cet effet la présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que on utilise le signal électrique 30 représentant le son pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un programme d'ordinateur pour l'exécution du procédé et l'application du dispositif pour influencer de 2908885 2 manière active une installation d'échappement d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé. Le diagnostic de l'état de fonctionnement comprend la détection de dommages de certains composants ou ensembles du 5 moteur à combustion interne ainsi que la surveillance pour déterminer si l'état réel du moteur à combustion interne correspond à un état de consigne par exemple si une coupure de cylindre s'est faite correctement, si les paramètres tels que l'instant d'injection et la durée de l'injection, l'instant de l'allumage ou analogue correspondent aux io grandeurs de consigne. Le moteur à combustion interne est installé de préférence dans véhicule automobile. Le micro est associé de préférence à un système d'échappement ou installation de gaz d'échappement. Le micro fait de préférence partie d'un dispositif pour influencer de manière active le son d'une installation de gaz d'échappement. Le diagnostic de 15 l'état de fonctionnement se fait de préférence avec les données brutes du micro préparées par l'appareil de commande du dispositif pour influencer de manière active le son émis par l'installation de gaz d'échappement. Le micro peut également être installé à d'autres endroits du moteur ou du véhicule de préférence à proximité du moteur 20 à surveiller. La préparation peut se faire par numérisation et/ou filtrage et/ou une transformation dans la plage des fréquences. Il est prévu de préférence que le diagnostic de l'état de fonctionnement se fait par comparaison du signal électrique représentant le son de l'installation de gaz d'échappement et d'un signal 25 électrique attendu ; en cas de différence du signal électrique représentant le son de l'installation de gaz d'échappement par rapport au signal électrique attendu, si cette différence est supérieure à une valeur limite, on reconnaît une déviation de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne par rapport à un état de fonctionnement 30 de consigne. Le diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne comprend de préférence la détection de ratés de combustion. Un raté de combustion se reconnaît de préférence si l'amplitude d'une pulsation de gaz d'échappement au cours d'une certaine période est inférieure à une amplitude minimale prévisible. Le 35 diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne 2908885 3 comprend selon un autre mode de réalisation préférentiel, une surveillance de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'échange de gaz. Le diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne comprend de préférence une surveillance d'au moins un 5 cylindre lorsque ce cylindre est coupé, pour déterminer les soupapes d'échange de gaz fermées. Une ouverture défectueuse d'une soupape d'échange de gaz pendant une coupure de cylindre est de préférence reconnue si l'amplitude d'une pulsation de gaz d'échappement pendant une certaine période est supérieure à une amplitude maximale prévisible. Il est prévu de préférence de générer le signal représentant le motif de bruit à partir du signal électrique, motif que l'on compare à un motif de bruit caractéristique à certains défauts et on détermine une mesure qui représente le degré de concordance entre le signal représentant le motif de bruit et le motif de bruit caractéristique et on reconnaît un défaut associé au motif de bruit caractéristique si la mesure est en dehors d'une plage de tolérances. La mesure du degré de concordance entre le motif de bruit représentant le signal et le motif de bruit caractéristique peut par exemple être une corrélation des deux motifs de bruit ou une grandeur statistique comparable. Le motif de bruit est de préférence le spectre du signal électrique dans la plage des fréquences, une transformation d'intégrale notamment une transformation de Fourrier. Le problème évoqué ci-dessus est également résolu par un dispositif notamment un appareil de commande d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le problème est également résolu par un programme d'ordinateur avec un code programme pour la mise en oeuvre de toutes les étapes selon un procédé de l'invention lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur. Le problème évoqué ci-dessus est également résolu par l'utilisation d'un dispositif pour influencer de façon active le fond de l'installation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. 2908885 4 Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 est un schéma d'un système pour influencer de manière active le son d'une installation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ; - la figure 2 est une vue détaillée d'un système selon l'invention de diagnostic d'un moteur à combustion interne. 10 Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un schéma de principe d'un système pour influencer de manière active l'installation de gaz d'échappement ou système d'échappement 2 d'un moteur à combustion interne. Une description détaillée d'un tel système se trouve par exemple dans le 15 document EP-0 840 285 ou dans l'étude Variable Gestaltung des Abgasmündungsgeràusches am Beispiel eines V6-Motor Heil, Enderle et al. MTZ 10/2001, pages 786-794. Le moteur à combustion interne 1 est relié à un système d'échappement comprenant un conduit 15 et un pot d'échappement 3. 20 La commande du moteur à combustion interne et celle du système pour influencer de manière active le son se fait avec un appareil de commande 4 connu selon l'état de la technique. Pour influencer de manière active le son, l'appareil de commande 4 génère un signal amplifié par un amplificateur 5 à la puissance requise et couplé par un 25 transducteur 6 de préférence un haut-parleur dans le pot d'échappement 3. Le calcul du signal utilise des grandeurs décrivant le point de fonctionnement du moteur à combustion interne. Pour réaliser une régulation on saisit le signal sonore résultant à la sortie du système d'échappement à l'aide d'un micro 6 et on applique le signal comme 30 grandeur électrique à l'appareil de commande de moteur 4. La grandeur électrique du micro 7 qui représente le signal sonore à la sortie du système d'échappement est utilisée par l'appareil de commande pour commander et réguler les signaux du transducteur de son 6. L'appareil de commande 4 comporte pour la commande du signal sonore, une prescription de calcul qui peut être interprétée dans le sens général 2908885 5 comme un régulateur. Le but est soit de minimiser le signal du micro 7 (le but de la régulation est ainsi celui d'un bruit minimum) ou d'avoir une amplitude souhaitée pour certaines fréquences (le but de la régulation est alors une conception du bruit et ainsi une influence 5 intentionnelle sur le caractère du bruit). Pour cela le régulateur comporte des paramètres enregistrés selon le point de fonctionnement dans l'appareil de commande 4. Cette relation peut concerner par exemple le régime moteur n, la charge du moteur P et l'angle d'allumage (p. Ces paramètres sont soit prédéterminés de manière fixe soit adaptés io par une adaptation à des paramètres variables du système à réguler. Selon l'invention, il est prévu d'utiliser le système pour influencer de manière active le son pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. En particulier on utilise le système pour influencer de manière active le son et surveiller 15 le moteur à combustion interne pour détecter des ratés de combustion dans les différents cylindres. Dans le cadre d'une fonction de diagnostic, la commande du moteur surveille l'arrivée de ratés de combustion. Il s'agit notamment de l'absence de combustion dans un ou plusieurs cylindres liée par exemple à un défaut au niveau du système d'allumage 20 du moteur à combustion interne. D'autre part, il est possible de surveiller une neutralisation intentionnelle de certains cylindres c'est-à-dire la coupure de cylindres. La figure 2 montre un schéma détaillé d'un système selon l'invention. Le moteur à combustion interne 1 est relié à une conduite 25 d'échappement 15 équipée d'un pot intermédiaire 8 et d'un pot d'échappement de sortie 9. Le pot d'échappement de sortie 9 est combiné à un haut-parleur comme le montre la figure 1. En aval du pot d'échappement de sortie 9, comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1, on a un micro pour capter le bruit de l'embouchure de 30 l'échappement 10. Un générateur de signal 11 génère la fréquence de base des pulsations des gaz d'échappement en fonction du régime moteur n ; pour cela, on peut utiliser le capteur de vilebrequin comme source de synchronisation. Un générateur de signal 11 génère en plus un nombre souhaité de multiples de la fréquence fondamentale c'est-à- 35 dire des harmoniques. Les harmoniques sont influencées 2908885 6 individuellement par des filtres numériques comme représenté ici pour trois fréquences c'est-à-dire la fréquence fondamentale et deux harmoniques portant les références 12a, 12b, 12c, pour être amplifiées et mises en phase. Les paramètres des filtres sont d'une part 5 enregistrés dans l'appareil de commande 4 en fonction du point de fonctionnement et d'autre part ils sont asservis par un dispositif d'adaptation 13 qui exécute un algorithme d'adaptation pour rendre minimale la déviation entre le signal du micro 7 et des valeurs de consigne prédéfinies 14 de l'amplitude pour chacune des fréquences. 10 Les signaux de sortie des filtres 12a-12c sont appliqués à un amplificateur de puissance 5 qui commande un transducteur sonore 6 qui peut être par exemple un haut-parleur ou un moyen analogue. L'algorithme d'adaptation du dispositif d'adaptation 10 peut utiliser un critère de qualité quadratique que l'on minimise et que l'on résout par 15 un procédé des moindres carrés. Si les paramètres des filtres numériques 12a-12c sont adaptés de manière idéale et si la valeur de consigne 14 est mise à zéro, cela correspond au but de la régulation d'un bruit minimum à la sortie de l'installation d'échappement, pour que le signal sonore du 20 transducteur de son compense aussi complètement que possible les pulsations des gaz d'échappement des différents cylindres. Le signal de sortie du micro 7 est alors pratiquement nul. L'absence de combustion traduisant un raté de combustion signifie une amplitude notablement réduite de la pulsation des gaz d'échappement pour ce cylindre. Le 25 signal de correction du transducteur de son 6 est défini pour la pulsation des gaz d'échappement correspondant à une combustion totale par les paramètres des filtres numériques 12a-12c ; ceux-ci seront également influencés par le point de fonctionnement du moteur à combustion interne. Il apparaît ainsi dans le micro 7 un signal 30 d'amplitude. Ce signal peut être exploité selon des procédés connus. Un procédé connu consiste à conclure un raté de combustion en cas de dépassement d'un seuil réglé. L'association du raté de combustion à un certain cylindre se fait par la mesure du temps de parcours de la pulsation des gaz d'échappement entre la soupape d'échappement du 35 moteur à combustion interne jusqu'au micro 7. Ce temps de parcours 2908885 7 est défini pratiquement par la température des gaz d'échappement et par leur influence sur la vitesse du son c'est-à-dire que l'on enregistre ce temps de parcours selon le fonctionnement dans l'appareil de commande 4 dans un champ de caractéristiques. Mais en connaissant 5 le régime moteur n, on peut conclure à un cylindre neutralisé. Un raté de combustion se reconnaît si l'amplitude A de la pulsation est inférieure à une amplitude minimale prévisible Amin pendant un certain temps At. Selon un autre développement on utilise le système pour 10 surveiller la neutralisation intentionnelle de l'un des cylindres. A ce moment, la commande du moteur n'alimente pas en carburant certains cylindres selon le point de fonctionnement. En outre, les soupapes d'admission et d'échappement (soupapes d'échange des gaz) du moteur à combustion interne sont maintenues fermées pour diminuer la 15 consommation d'énergie par du travail de compression. Dans le cas idéal, les cylindres coupés ne créent pas de pulsations dans les gaz d'échappement. Le paramètre des filtres 12a-12c peuvent être commutés par la commande du moteur sur des paramètres qui dépendent de l'objectif de la régulation. Comme objectif de la régulation 20 il convient de régler le bruit minimum des gaz d'échappement si bien que pour le cylindre coupé, le transducteur de son 6 n'aura à fournir aucun signal de sortie. Si en revanche on ne veut pas influencer le bruit des gaz d'échappement par la neutralisation de cylindres, le transducteur de son 6 ajoute le bruit de la combustion manquante au 25 bruit global. Dans les deux cas cités ci-dessus, le signal du micro 7 diffère du signal prévisible si les soupapes d'échappement ne restent pas fermées comme le demande la commande du moteur. Ainsi on peut surveiller le comportement de la commande des soupapes 30 d'échappement sans utiliser de capteur supplémentaire. L'absence de l'ouverture d'une soupape d'échange des gaz pendant la coupure d'un cylindre se reconnaît si l'amplitude A de la pulsation des gaz d'échappement pendant un intervalle de temps donné At est supérieure à une amplitude maximale prévue A_max. 2908885 8 Dans un autre exemple de réalisation de présente invention, l'appareil de commande effectue une analyse de signal du spectre du bruit par exemple avec une transformation de Fourrier rapide (transformation FFT). Les motifs de bruit obtenus sont comparés 5 à des motifs de bruit en mémoire. On peut utiliser des réseaux neuronaux ou aussi de simples interrogations avec seuil. Les différents motifs de bruit et leur association chronologique à différentes images de défaut telles que par exemple le cliquetis du moteur, un dommage de roulement dans le moteur ou sur une roue, un défaut d'un injecteur, un 10 défaut de la pompe haute pression, un défaut du générateur par exemple une courroie trapézoïdale qui patine, un défaut du démarreur, une fuite dans le système d'admission ou d'échappement, des défauts d'autres actionneurs tels que l'actionneur du volet d'étranglement, celui de la pompe à air secondaire, le système d'air secondaire, la soupape 15 d'évacuation d'air du réservoir, le volet de gaz d'échappement, la soupape de recyclage des gaz d'échappement, le circuit de commutation de la tubulure d'admission, l'usure de la transmission principale et des transmissions auxiliaires comme par exemple une boîte de vitesses automatisée, un distributeur ou une transmission différentielle, un 20 défaut du fonctionnement de la soupape moteur, un défaut du volet d'échange ou de la transmission différentielle, un défaut d'une soupape du moteur, un défaut du volet d'échange du turbo-compresseur, un défaut de la soupape de dérivation du turbo-compresseur ou un défaut du ventilateur du moteur ou du démarreur ou analogue. 25 En cas de concordance entre les motifs de bruit déterminés ou mesurés et les motifs de bruit en mémoire, on conclut sur l'image de défaut du motif de bruit enregistré. En variante, on peut effectuer le diagnostic lorsque le moteur fonctionne en inertie forcée car alors il n'y aura pas de bruit 30 perturbateur venant de la combustion. L'exécution du diagnostic peut également se faire lorsque le véhicule est à l'arrêt. On commande alors intentionnellement des composants du moteur à combustion interne ou d'autres composants du véhicule pendant que le moteur à combustion est à l'arrêt et on exploite les bruits imités par les composants. De 35 même, on peut avoir une commande des injecteurs dépendant du 2908885 9 niveau de bruit des composants. Par exemple on peut réduire le bruit de martèlement notamment dans le cas d'un moteur diesel en modifiant la commande et ainsi en modifiant la quantité à injecter. Cela signifie que l'on modifie ainsi la commande d'injection pour avoir une réduction 5 de bruit. Avec un tel circuit de régulation, on peut par exemple compenser les dérives de composant pendant leur durée de vie. De manière préférentielle en mode de poussée, on peut également contrôler l'allumage en contrôlant le bruit de l'étincelle d'allumage. 10 15 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de diagnostic d'un moteur à combustion interne (1) avec au moins un micro (7) associé au moteur à combustion interne (1), selon lequel on capte le son du moteur à combustion (1) et on le convertit en un signal électrique, caractérisé en ce qu' on utilise le signal électrique représentant le son pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne (1). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le micro (7) est placé dans un système d'échappement. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le micro (7) fait partie d'un dispositif pour influencer de manière active le son du système d'échappement. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on fait le diagnostic de l'état de fonctionnement avec les données brutes du micro (7) préparées par l'appareil de commande (4) du dispositif pour influencer de manière active le son du système d'échappement. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue le diagnostic de l'état de fonctionnement par la comparaison du signal électrique représentant le son du système d'échappement (2) et d'un signal électrique prévisible, et en cas de déviation entre le signal électrique représentant le son du système d'échappement (2) par rapport au signal électrique prévisible qui est supérieur à une valeur limite on conclut à une déviation de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne (1) par rapport à un état de consigne. 6 ) Procédé selon la revendication 1, 2908885 11 caractérisé en ce que le diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne (1) comprend la détection de ratés de combustion. 5 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on reconnaît un raté de combustion si l'amplitude (A) d'une pulsation de gaz d'échappement au cours d'une certaine période de temps (At) est inférieure à une amplitude minimale prévue (A min). 10 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne comprend une surveillance de l'ouverture et de la fermeture des 15 soupapes d'échange de gaz. 9 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le diagnostic de l'état de fonctionnement du moteur à combustion 20 interne comprend une surveillance d'au moins un cylindre pendant la coupure de ce cylindre pour détecter les soupapes de gaz d'échappement fermées. 10 ) Procédé selon la revendication 9, 25 caractérisé en ce qu' on reconnaît une ouverture défectueuse d'une soupape d'échange de gaz pendant la coupure d'un cylindre si une amplitude (A) d'une pulsation de gaz d'échappement au cours d'un intervalle de temps donné (At) est supérieure à une amplitude maximale prévue (A_max). 30 11 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à partir du signal électrique on génère un motif de bruit représentant le signal que l'on compare au motif de bruit caractéristique de certains 35 défauts, on détermine une mesure représentant le degré de concordance 2908885 12 entre le motif de bruit représentant le signal et le motif de bruit caractéristique et on reconnaît sur le motif de bruit, des défauts caractéristiques si la mesure est en dehors d'une plage de tolérances. 5 12 ) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le motif de bruit est un spectre du signal électrique dans la plage des fréquences d'une transformation intégrale notamment d'une transformation de Fourrier. 10 13 ) Dispositif notamment appareil de commande d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 15 14 ) Programme d'ordinateur avec un code de programmes pour exécuter toutes les étapes selon l'une des revendications 1 à 12 lorsque le programme est exécuté par un ordinateur. 15 ) Application d'un dispositif pour influencer de manière active le son 20 d'un système d'échappement d'un moteur à combustion interne pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 12. 25