Procédé de commande d'un moteur permettant une amélioration d'un diagnostic de combustion du moteur

La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un moteur de véhicule, notamment automobile.

En particulier, l'invention se rapporte à un procédé de commande d'un moteur comprenant une étape où l'on détermine si un raté de combustion a lieu pendant un cycle de combustion dans une chambre de combustion du moteur.

Une telle étape est déjà connue.

Elle peut être mise en œuvre pour contrôler les émissions polluantes du véhicule et faire ainsi en sorte de respecter des normes antipollution. On sait en effet que de tels ratés de combustion peuvent avoir une influence importante sur cette émission.

A titre d'exemple non limitatif, dans un moteur comprenant un pot catalytique, on sait qu'un raté de combustion peut engendrer une dégradation de ce pot. Une raison est que le carburant non brûlé, lorsqu'il circule à l'intérieur, peut s'enflammer et détériorer des matériaux, notamment ceux qui sont destinés à être en contact avec des gaz d'échappement du moteur.

Afin de limiter de tels ratés, une technique connue consiste à les détecter en analysant une pression dans un collecteur du moteur. A cet égard, on pourra se référer au document US 2002/0134356 dans lequel on utilise cette pression en combinaison avec un réseau de neurone dont un apprentissage est mis en œuvre au moment d'un calibrage du moteur sur banc d'essai.

Une autre technique connue consiste à détecter les ratés de combustion à l'aide d'une pression d'un gaz d'échappement recirculé, couramment

désigné par gaz EGR (EGR est l'acronyme de « Exhaust Gaz Recirculation » en langue anglo-saxonne).

Cette technique est notamment décrite dans le document US 5 193513.

Bien qu'ayant rendu de nombreux services, ces techniques offrent aujourd'hui des performances limitées.

Une raison est que les normes antipollution devenant toujours plus sévères, le cahier des charges concernant notamment le contrôle de la combustion, et par là même des ratés de combustion, devient de plus en plus exigeant. A titre d'exemple non limitatif, la détection des ratés n'est pas assez précise et efficace.

En particulier, un rapport signal à bruit lié à une mesure qui est nécessaire à la détection et au contrôle de la combustion est encore trop faible. Par ailleurs, ces techniques ne permettent pas toujours de fournir une réponse appropriée lorsqu'un raté a été détecté.

Par exemple, la simple détection d'un raté de combustion ne devrait pas conduire nécessairement à une intervention dans le contrôle de la combustion. Une analyse plus fine de ce type de perturbation doit être mise en œuvre pour permettre un meilleur diagnostic et une intervention plus pertinente.

De même, malgré des efforts dans ce sens, le temps nécessaire à la détection d'un raté est bien trop long selon ces techniques. Un but de l'invention est donc de s'affranchir au moins de ces inconvénients.

En particulier, l'invention a pour but un procédé dans lequel on détecte la présence d'un raté ou d'une perte de combustion de manière fiable et rapide.

A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de commande d'un moteur caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on détermine la survenue éventuelle d'une perte ou de ratés de combustion dans une chambre de combustion du moteur en comparant la valeur d'une moyenne glissante d'une grandeur prédéterminée du moteur à une valeur seuil prédéterminée. L'utilisation d'une telle comparaison offre notamment l'avantage de réduire les bruits de mesure de la grandeur.

Elle permet aussi de réduire l'influence d'un raté de combustion sur la détermination d'une perte de combustion, ce qui permet d'intervenir rapidement sur le procédé de combustion du moteur dans des cas où cela en vaut réellement la peine.

Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants :

- le procédé comporte en outre une étape où l'on modifie au moins une valeur de la grandeur qui est prise en compte dans la moyenne glissante, lorsque l'un des ratés de combustion est détecté ;

- on modifie la valeur de la grandeur qui est prise en compte pour la première fois dans la détermination de la moyenne glissante ;

- la modification de la valeur consiste à la remplacer par celle d'une moyenne réalisée sur un nombre m de valeurs de la grandeur inférieur à un nombre n de valeurs pris en compte dans la moyenne glissante ou par la dernière valeur déterminée de la moyenne glissante ;

- on met en œuvre l'étape de modification de la valeur de la grandeur si l'on a déterminé la présence d'une perte de combustion ;

- le procédé comporte en outre une étape où l'on initialise les valeurs prises en compte dans la moyenne glissante si l'on a déterminé la présence d'une perte de combustion ;

- on détermine la présence éventuelle de chacun des ratés de combustion en comparant la valeur de la grandeur à une valeur seuil prédéterminée ;

- la grandeur est sélectionnée dans le groupe suivant : une pression d'un gaz dans un cylindre du moteur, une pression moyenne indiquée dans le cylindre, une consommation spécifique indiquée d'un carburant injecté dans le cylindre, un couple du moteur ;

- la grandeur dépend d'un dégagement d'énergie d'un gaz présent dans la chambre de combustion ;

- on estime la grandeur de manière itérative selon un angle vilebrequin et en ce que cette estimation itérative se présente sous une forme du type :

où C est la grandeur estimée, θ l'angle vilebrequin, γ le rapport des chaleurs spécifiques (Lp et Cv), V le volume d'un cylindre de la chambre de combustion, et p et T une pression et une température dans le cylindre. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un moteur apte à mettre en œuvre le procédé de l'invention,

la figure 2 est un organigramme général d'un mode de réalisation du procédé de l'invention, la figure 3 correspond à un organigramme présentant des étapes mises en œuvre selon un aspect particulier de ce mode de réalisation.

En se référant maintenant à la figure 1 le moteur dans l'invention comporte typiquement un injecteur ou une bougie d'allumage 1 dont une extrémité est en contact avec une zone interne d'une chambre de combustion 4. Dans la chambre de combustion 4, un piston 6 peut de façon connue en soi coulisser selon un axe de la chambre pour entraîner en rotation un vilebrequin 10 par l'intermédiaire d'une bielle 7.

Par ailleurs, des accès d'entrée 3 et de sortie 2 de gaz dans la chambre sont également prévus. Le monteur comporte en outre des capteurs pour mesurer des grandeurs du moteur.

L'une au moins de ces grandeurs va servir dans le procédé de commande du moteur selon l'invention.

A cet égard, on peut utiliser en tant que grandeur une pression dans le cylindre de la chambre, une pression moyenne indiquée (PMI), une consommation spécifique indiquée (CSI) ou un couple moteur.

On notera par ailleurs que le procédé utilise un angle vilebrequin notamment pour connaître un état d'un cycle de combustion.

Les capteurs concernés sont représentés par la référence 9 pour l'angle vilebrequin, et 5 pour les grandeurs précitées.

Le moteur comporte encore un boîtier électronique 8 apte à mettre en œuvre le procédé de l'invention.

Plus précisément, ce boîtier possède des entrées 11, 12 vers lesquelles sont acheminés des signaux issus des capteurs notamment précités. II possède en outre au moins une sortie 13 à partir de laquelle il est apte à délivrer un signal à une actuateur du moteur qui joue un rôle dans le procédé de commande.

Dans l'exemple non limitatif illustré à la figure 1, l'actuateur correspond à la bougie ou l'injecteur 1 susmentionnés. On va maintenant décrire un mode de réalisation du procédé mis en œuvre notamment par le boîtier 8.

On supposera dans cette description que la grandeur qui intervient dans ce procédé est la pression dans le cylindre.

Bien entendu, l'homme du métier comprendra que cette description pourra être adaptée de manière évidente à d'autres grandeurs telles que celles mentionnées plus haut.

La figure 2 montre un organigramme de ce mode de réalisation.

On considère que l'on vient d'effectuer un k-ième cycle de combustion et une k-ième mesure de la pression dans le cylindre. Dans une étape 100, on considère les n-1 dernières valeurs des mesures de cette pression (n est un entier).

A cet égard, on a désigné la valeur d'une pression mesurée au cycle actuel k par la variable yc(k).

Par conséquent, les n-1 valeurs précitées sont contenues dans un intervalle [yc(k-n+l), yc(k-l)].

Selon l'invention, on détermine à une étape 101 une moyenne glissante, notée y, basée sur les n-1 valeurs du dit intervalle et sur la valeur yc(k).

En d'autres termes, on détermine cette moyenne glissante au pas k par une relation du type :

Dans une étape 102, la valeur de la moyenne glissante ainsi obtenue est comparée à une valeur seuil Sl prédéterminée.

Si elle est supérieure à Sl, le procédé passe à une étape 103 où l'on incrémente le pas k pour un prochain cycle de combustion, puis à une étape 104 où l'on met à jour les n-l dernières valeurs de la pression mesurée dans le cylindre.

Il en découle par exemple que la valeur yc(k) devient yc(k-l), yc(k-n+2) devient yc(k-n+l) et l'ancienne valeur yc(k-n+l) n'est plus prise en compte dans la moyenne glissante. Dans le cas contraire où y(k) est inférieure ou égale à Sl dans l'étape

102, on considère selon l'invention qu'il y a une perte de combustion.

Et le procédé passe alors à une étape 105 où cette perte de combustion est enregistrée au moyen d'une variable Perte(k) prévue à cette effet.

Plus précisément, cette variable contient initialement des zéros indiquant par défaut une absence de perte de combustion.

Et, au pas k en question, on assigne une valeur 1 à cette variable lorsque l'on met en œuvre l'étape 105 de sorte à indiquer qu'une perte de combustion a été détectée.

On notera ici qu'un tel enregistrement permet notamment de fournir par la suite un historique sur les pertes de combustion et d'établir alors un

diagnostic qui permettra d'engager d'éventuelles actions appropriées (par exemple un remplacement de la bougie, etc.).

Néanmoins, dès que la perte de combustion au pas k est détectée, le procédé mis en oeuvre peut procéder à d'autres opérations. A cet égard un test 106 est effectué pour déterminer si une action particulière doit être mise en œuvre.

Dans l'affirmative, le procédé met en place ces actions (étape 107).

Dans la négative, il attend le prochain cycle de combustion et repart à l'étape 100. Différents tests peuvent être utilisés.

En particulier, selon un aspect de l'invention, un test 106 peut consister à analyser si au pas k où la perte de combustion est détectée, un raté de combustion a également été détecté.

Pour ce faire, le test 106 dans la figure 2 peut comprendre une étape 200 montrée dans la figure 3 où l'on compare directement la valeur yc(k) à une valeur seuil S2 prédéterminée.

Si cette valeur yc(k) est inférieure ou égale à S2, on considère qu'il y a un raté de combustion.

On passe alors à une étape 201 où ce raté de combustion est enregistré au moyen d'une variable raté(k) prévue à cette effet.

Plus précisément, cette variable contient initialement des zéros indiquant par défaut une absence de raté de combustion.

Et, au pas k en question, on assigne une valeur 1 à cette variable lorsque l'on met en œuvre l'étape 201 de sorte à indiquer qu'un raté de combustion a été détecté.

Dans le cas contraire où yc(k) est supérieur à S2, on assigne dans une étape 202 la valeur 0 à la variable raté(k).

On notera ici qu'un tel enregistrement permet notamment de fournir par la suite un historique sur les ratés de combustion et d'établir alors un diagnostic qui permettra d'engager d'éventuelles actions appropriées

(nouveau réglage du moteur, etc.).

Lorsque dans le cycle k on a détecté la présence à la fois d'un raté et d'une perte de combustion, on passe alors à l'étape d'action 107.

Selon un aspect de l'invention, dans cette étape 107 on modifie la valeur de la moyenne glissante.

A cet effet, diverses possibilités sont prévues 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 préféré, on initialise la moyenne glissante de sorte qu'elle devienne égale à 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 déterminée sur yc(k) tout seul. En d'autres termes, à partir du pas k cette moyenne n'est plus basée sur n valeurs mais une seule, et plus précisément la valeur actuelle yc(k).

On reconstruit alors l'ensemble des n valeurs sur lesquelles la moyenne doit finalement être déterminée au fur et à mesure des cycles de combustion.

Par exemple, au pas k suivant, c'est-à-dire correspondant à k égal à k plus 1, la moyenne sera basée sur deux valeurs.

Celle dont on vient de parler et la nouvelle valeur yc(k) mesurée à ce pas k.

Comme on l'aura compris, il faudra donc n itérations pour reconstituer une moyenne glissante sur n valeurs yc. Un avantage d'une telle réinitialisation est que la détection d'une perte de combustion par le procédé est effectuée plus rapidement.

Selon un autre aspect de l'invention, le test 106 qui est susceptible d'enclencher cette réinitialisation de la moyenne glissante ne comporte pas la condition ci-dessus d'une absence de raté de combustion. Ainsi, la réinitialisation a lieu dès lors que la perte de combustion a été détectée (cela revient à dire qu'il existe un lien direct entre l'étape 105 et l'étape 107 de réinitialisation).

Selon encore un autre aspect de l'invention, c'est la présence d'un raté de combustion qui va conditionner la mise en œuvre d'une action appropriée.

Ceci est illustré à la figure 3 où l'on a représenté l'étape 200 du test sur un raté de combustion suivie de l'étape 102 dans laquelle on teste la présence éventuelle d'une perte de combustion.

Si dans cette dernière étape, on conclut qu'il n'y a pas de perte de combustion, on passe à une étape 203, où une action appropriée peut éventuellement être mise en œuvre.

Comme indiqué plus haut, une telle action peut consister à modifier encore la valeur de la moyenne glissante.

A cet effet, on peut utiliser les mêmes techniques que précédemment. Mais selon un aspect préféré de l'invention, on distinguera deux cas.

Dans un premier cas on choisit de ne pas tenir compte du raté de combustion yc(k) dans le calcul de la moyenne glissante.

On notera que cela revient à dire qu'il existe un test supplémentaire entre les étapes 200 et 201 consistant à regarder si l'on se trouve dans ledit premier cas ou le deuxième 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 égale à la valeur yc(k-l) au pas précédent, soit de telle sorte qu'elle soit égale à une moyenne sur m des n valeurs. Par exemple dans ce dernier cas, on peut considérer les m dernières valeurs mesurées yc, valeur actuelle y(k) étant exclue, soit considérer un intervalle [yc(k-m-l); yc(k-l)].

Puis, calculer la moyenne de ces m valeurs et remplacer ensuite les n valeurs yc utiles au calcul de la moyenne glissante à l'étape 104 par cette moyenne calculée.

Dans le deuxième cas, on choisit de reconstituer la moyenne glissante seulement pour la valeur y(k) comme décrit précédemment lorsque l'on réinitialise cette moyenne dans le cas d'une détection d'une perte de combustion. Ainsi, la moyenne glissante est basée uniquement sur une seule valeur, laquelle correspond à la valeur yc lors du raté de combustion, ou encore yc(k).

Puis, on remplace la valeur yc(k) actuelle soit par la valeur yc(k-l) précédente, soit par la moyenne sur m des n valeurs précédentes, à l'étape 104.

Un avantage de telles modifications est de pouvoir atténuer l'effet d'un raté sur la détection d'une perte de combustion.

Par ailleurs, le deuxième cas permet de mieux restituer le signal traité.

En effet, lorsqu'un raté de combustion est détecté, son influence n'affecte pas le calcul de la moyenne glissante après ce raté.

La moyenne glissante est alors plus fidèle au signal qu'elle filtre.

Selon un autre aspect de l'invention on utilise dans le procédé décrit ci- dessus une grandeur qui dépend d'un dégagement d'énergie apparent dans la chambre de combustion. En particulier, cette grandeur notée C peut s'exprimer sous la forme suivante :

c =l V^ dθ (D

où V représente un volume dans la chambre de combustion, Q une énergie présente dans les gaz de la chambre de combustion et θ l'angle vilebrequin.

En pratique, le calcul de la dérivée dans l'expression ci-dessus rend la grandeur C assez bruitée.

La multiplication par 1/V a notamment comme avantage de diminuer ce bruit. En particulier, le bruit est réduit avantageusement juste avant et après le point mort bas.

En outre, l'expression (1) permet d'obtenir un signal dont l'amplitude est particulièrement forte au moment du point mort haut, ce qui offre un avantage pour une détection de début de combustion SOC (SOC pour « Start Of Combustion » en langue anglo-saxonne).

Afin de faciliter le calcul de l'expression (1) par le boîtier électronique, et notamment de réduire la puissance de calcul nécessaire, on la transforme en une expression de type récursive discrétisée se présentant sous la forme : _c où γ, p et T correspondent à un rapport des chaleurs spécifiques cp et cv, une pression et une température dans le cylindre.

Une telle expression a été obtenue en partant de l'expression de C susmentionnée et d'une expression de la dérivée dQ/dθ du type : dQ _ _l fj)_ dm £ dT __P_ dVλ _J_ dV dθ ^~ γ -l Ua dθ ⁺ T dθ V dθ J ⁺ γ -l ^P dθ où m est une masse des gaz dans le cylindre.

Notons que dans cette dernière expression, on pourrait remplacer la variable θ par un temps t.

Mais la demanderesse a déterminé que l'utilisation de la variable Q est avantageuse, car le procédé est indépendant d'une vitesse de rotation du moteur.

On notera par ailleurs, qu'en utilisant la dérivée angulaire dθ et la dérivée de la température dT on évite avantageusement d'utiliser la dérivée de la pression p qui introduit généralement un bruit important dans la détermination de la grandeur C. Selon un aspect préféré, V, p, T, γ et m sont des variables fonction de l'angle θ et les seules variables mesurées sont p et θ.

En outre, on suppose que la masse m est constante. On suppose encore que le rapport γ est constant, de préférence égal à 1.4, avant la combustion et jusqu'à des premiers instants de celle-ci.

Selon encore cet aspect préféré, l'estimation du volume V et de sa dérivée est obtenue par lecture dans une table du volume fonction de l'angle θ.

Et pour l'estimation de la température T et de sa dérivée dT/dθ on suppose les gaz parfaits de façon à pouvoir écrire :

J_ dT _ J_ dp _^ dV T dθ ^~ p dθ ⁺ V dθ

Afin de ne pas réintroduire la dérivée dp de la pression dans l'expression de C, on préfère discrétiser cette expression et la rendre itérative. En particulier, on utilise l'expression suivante : 1 T _e - T _e _ _Ae _ 1 p _e - p _e _ _{Ae |} 1 Ve - Ve- _A e

T _θ δθ p _θ δθ V _θ δθ avec δθ une constante angulaire.

On en déduit que la température est estimée de façon itérative à l'angle θ en fonction de la température à l'angle θ-δθ par une expression du type :

1

T ₀ = T, θ-δθ

Pe- δθ V,

+ - θ-δθ -1

Pe ^V θ Et, de manière avantageuse la température est estimée à chaque angle θ en fonction d'une température initiale correspondant à la température dans le cylindre à un instant où une soupape d'admission se ferme.

On notera qu'en variante, on peut utiliser une température initiale qui dépend d'une mesure d'une température d'air admis dans le moteur. Dans tous les cas, de cette expression récursive de la température, on déduit sans difficulté l'expression (1) plus haut.

Comme on l'aura compris, dans le procédé de l'invention la grandeur C est donc estimée au cours d'un cycle.

Si au cours de ce cycle elle est restée supérieure à une valeur seuil prédéterminée S2, on considère qu'il n'y a pas eu de raté de combustion.

Et on assigne une valeur faible 0 à yc(k), par exemple la valeur 0.

Dans le cas contraire où la grandeur C est restée inférieure au seuil S2 jusqu'à la fin du cycle de combustion, on assigne une valeur forte à yc(k), par exemple la valeur 1.

Dans tous les cas exposés ci-dessus, on notera ici que les valeurs seuil peuvent être déterminées 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 à comparer avec la grandeur C, on utilisera de préférence dans l'exemple précité la valeur 0.5.

Les valeurs seuil peuvent aussi être variables dans le temps.

Par exemple, il est intéressant de faire varier certaines valeurs seuil selon un point de fonctionnement du moteur, de préférence une quantité de carburant injectée par cycle dans la chambre de combustion ou un régime moteur.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins.

En particulier, l'homme du métier pourra facilement déterminer d'autres actions à mettre en œuvre une fois avoir détecté un raté et/ou une perte de combustion selon le procédé de l'invention.

Par ailleurs, d'autres grandeurs que celles mentionnées ci-dessus peuvent être utilisées dans le cadre de ce procédé, dès lors qu'elles permettent d'aboutir à un diagnostic sur les ratés et les pertes de combustion.

A cet égard, le procédé s'applique aussi dans le cas d'une combustion diesel ou essence homogène (de type HCCI) que dans le cas d'une combustion conventionnelle en essence ou en diesel.

De même, l'homme du métier saura identifier de manière évidente d'autres critères basés sur la moyenne glissante qui peuvent être utilisés pour conclure à un raté et/ou une perte de combustion.