PROCEDE DE TRAITEMENT D'UN SIGNAL DE PRESSION ET DISPOSITIF

CORRESPONDANT

La présente invention concerne le domaine de la détection de combustion pour moteur à combustion interne.

Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses objets un procédé de traitement d'un signal de pression (p) issu d'un capteur de pression monté dans une chambre de combustion, en vue de détecter une combustion dans un moteur à combustion interne, comprenant les étapes consistant à :

- fournir le signal de pression (p) ,

- filtrer le signal de pression (p) par des moyens de filtrage ayant un gain variable (7), - établir un signal de sortie (out) représentatif du signal de pression (p) filtré, et

- établir un signal (e) représentatif de l'erreur entre le signal de pression (p) et le signal de sortie

(out) . Un tel procédé est connu de l'homme du métier.

Toutefois, les différentes solutions proposées par l'art antérieur afin de modifier la bande passante des moyens de filtrage du signal de pression conduisent à des filtres non linéaires. En outre, ces solutions sont basées sur l'hypothèse que la combustion a lieu pendant la phase de compression du cylindre dans la chambre de combustion.

Or, dans certains cas, la combustion peut avoir lieu en phase de détente du cycle thermodynamique, en particulier lors de combustions dites exotiques. Ces combustions posent des problèmes de contrôle moteur.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé, et son dispositif de mise en œuvre, visant à déterminer l'instant de début de combustion, avec pour seule information initiale la valeur du signal de pression (p) .

Bien qu'elle n'y soit pas limitée, la présente invention est avantageusement mise en œuvre dans un moteur dit HCCI, pour "Homogeneous Charge Compression Ignition" dans lequel le mélange air-carburant est mélangé de la manière la plus homogène possible et comprimé assez fortement pour atteindre le point d'auto-allumage.

En particulier, la combustion dans un moteur HCCI débute en plusieurs endroits à la fois, ce dont il résulte une combustion de tout le mélange air-carburant presque simultanée. Le moteur présente alors plus de difficulté de contrôle de la combustion.

Avec cet objectif en vue, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci- avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à : déterminer si la combustion a eu lieu pendant une phase de détente du cycle thermodynamique.

Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre les étapes consistant à : - établir un signal (pi) représentatif de la dérivée temporelle filtrée par un filtre passe-bas du signal de pression (p) , l'établissement du signal (pi) et le filtrage de la dérivée temporelle étant réalisé par un bloc (1), - établir un signal (p2) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal (pi) et un seuil (seuill) ,

établir un signal (p5) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal de pression (p) et un seuil (seuil4) , établir un signal (Q) représentatif du début de la phase de détente dans le cycle thermodynamique en combinant les signaux (p2) et (p5) .

Avantageusement, la dérivée temporelle du signal de pression (p) représente une image de la qualité de la combustion . De préférence, le procédé selon l'invention comprend en outre les étapes consistant à : établir un signal (e4) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal d'erreur (e) et un seuil (seuil2) , - établir un signal intermédiaire (X) représentatif d'une augmentation forte et rapide de la pression dans la chambre de combustion en phase de détente, en combinant les signaux (Q), (p2) et (e4) .

Optionnellement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à : déterminer si la combustion a eu lieu pendant une phase de compression du cycle thermodynamique.

Dans ce cas, le procédé selon l'invention comprend avantageusement en outre une étape consistant à : - établir un signal (e6) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal d'erreur (e) et un seuil (seuil3) .

Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à : - réaliser un signal de commande (z) des moyens de filtrage ayant un gain variable (7) pour obtenir un gain variable (KO, Kl) en fonction en la valeur du signal intermédiaire (X) ou du signal (e6) .

L'utilisation d'un seul intégrateur (1/S) en aval des moyens de filtrage ayant un gain variable, comme décrit ultérieurement, est avantageusement simple et de coût limité . Selon un autre de ses objets, la présente invention concerne également un dispositif susceptible de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.

A cet effet, le dispositif selon l'invention est un dispositif d'acquisition et de traitement d'un signal de pression (p) issu d'un capteur de pression monté dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, en vue d'y détecter une combustion, le dispositif étant susceptible de mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant : - des moyens pour acquérir le signal de pression (p) , des moyens de traitement dudit signal de pression (p) ,

- des moyens pour détecter l'évolution du signal de pression (p) , - des moyens de filtrage ayant un gain variable (7) pour filtrer le signal de pression (p) ,

- des moyens (1/S) pour établir un signal de sortie (out) représentatif du signal de pression (p) filtré, et

- des moyens pour établir un signal (e) représentatif d'une erreur pouvant exister entre le signal de pression

(p) et le signal de sortie (out) .

Selon l'invention, le dispositif est essentiellement caractérisé en ce que les moyens pour détecter l'évolution du signal de pression (p) :

- sont configurés pour au moins détecter une baisse de pression du signal de pression (p) , de sorte à

déterminer si le cycle thermodynamique est en phase de détente, et comprennent des moyens pour détecter une augmentation de pression pendant ladite phase de détente du cycle thermodynamique, de sorte à déterminer si la combustion a eu lieu pendant ladite phase de détente du cycle thermodynamique.

Le dispositif selon l'invention comprend en outre : - des moyens (1) pour établir un signal (pi) représentatif de la dérivée temporelle du signal de pression (p) filtrée par un filtre passe-bas, des moyens de comparaison (2) pour établir un signal (p2) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal (pi) et un seuil (seuill), des moyens de comparaison (5) pour établir un signal (p5) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal de pression (p) et un seuil (seuil4), des moyens de comparaison (4) pour établir un signal (e4) représentatif de la comparaison entre la valeur du signal d'erreur (e) et un seuil (seuil2), et des moyens (3) pour établir un signal (Q) représentatif du début de la phase de détente dans le cycle thermodynamique en combinant les signaux (p2) et (p5) .

De préférence, les moyens (1) pour établir un signal

(pi) représentatif de la dérivée temporelle du signal de pression (p) filtrée par un filtre passe-bas comprennent un filtre linéaire dont la fonction de transfert est la suivante :

F(s) = s / (1+τs)

dans laquelle s est la variable de Laplace et τ la constante de temps choisie en fonction de la bande de fréquences du bruit du signal de pression (p) .

De préférence également, les moyens (3) pour établir un signal (Q) représentatif du début de la phase de détente dans le cycle thermodynamique comprennent une bascule RS dont l'entrée (S) est reliée à la sortie d'une porte logique ET dont les entrées sont reliées aux signaux (p2) et (p5) , et dont l'entrée (R) est reliée au signal (p5) inversé.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 représente l'évolution temporelle d'un signal de pression quand la combustion a lieu en phase de compression,

- la figure 2 représente l'évolution temporelle d'un signal de pression quand la combustion a lieu en phase de détente,

- la figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et

- la figure 4 représente un mode de réalisation du bloc 3 de la figure 3.

Dans la présente description, on appelle indistinctement un signal ou la ligne de communication par laquelle il transite. La figure 1 illustre l'allure d'un signal de pression, c'est-à-dire issu d'un capteur de pression monté dans une chambre de combustion, lorsque le moteur a un

comportement normal, c'est-à-dire que la combustion a lieu en phase de compression.

En phase de compression, la pression augmente dans la chambre de combustion. Lorsque la combustion a lieu, la pression augmente dans la chambre de combustion.

Dans cet exemple, la combustion a lieu entre les instants tO et tl. Les deux effets se combinent, et le signal p passe par un maximum, en l'espèce correspondant au temps tl.

Il arrive toutefois que la combustion ait lieu pendant une phase de détente.

En phase de détente, la pression diminue dans la chambre de combustion. Dans ce cas, illustré à la figure 2, le signal p passe par un premier maximum correspondant au point mort haut, et un deuxième maximum, en l'espèce correspondant au temps t3, la combustion ayant lieu entre les instants t2 et t3. De telles combustions risquent d'endommager le pilotage du moteur, voire le moteur lui-même. Aussi la présente invention vise à détecter les instants de combustion, en particulier lorsque ceux-ci ont lieu en phase de détente, et grâce aux seules informations issues d'un capteur de pression monté dans une chambre de combustion .

A cet effet, un capteur de pression délivre un signal de pression p représentatif de la pression dans la chambre de combustion dans laquelle il est monté.

Un signal de pression p est classiquement bruité.

L'un des objets de la présente invention porte sur un dispositif de traitement d'un signal de pression p, illustré à la figure 3.

Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de filtrage 1 (bloc 1), configurés pour filtrer le signal de pression p.

Les moyens de filtrage réalisent un filtre linéaire dont la fonction de transfert est la suivante :

F(s) = s / (1+τs) (1) dans laquelle s est la variable de Laplace.

Les moyens de filtrage 1 délivrent en sortie un signal pi. Le signal pi est un signal équivalent à la dérivée du signal de pression brut p reçu par les moyens de filtrage 1 en entrée, cette dérivée étant filtrée par un filtre passe-bas afin de limiter le bruit.

Selon l'invention, la constante de temps τ de l'équation (1) est choisie en fonction de la bande de fréquences du bruit du signal de pression p.

Le signal pi est amené en entrée d'un bloc 2 dont la sortie délivre un signal p2.

Le bloc 2 est configuré pour réaliser une fonction de seuillage par rapport à un seuil seuill négatif ou nul, telle que le signal binaire p2 est égal à 1 si la valeur du signal pi est inférieure ou égale au seuil seuill, et égal à 0 sinon.

Ainsi, on a : p2 = 1 si pi ≤ seuill p2 = 0 si pi > seuill avec seuill ≤ 0 Le signal p2 prend la valeur 1 lorsque la dérivée (filtrée) pi du signal de pression p est négative et inférieure à la valeur du seuil seuill, c'est-à-dire lorsque la pression baisse dans la chambre de combustion,

et que cette baisse est significative, le seuil seuill étant équivalent à une certaine pente du signal de pression

P-

De manière similaire, les blocs 4 et 6 réalisent une étape de seuillage.

Le bloc 4 est configuré pour réaliser une étape de seuillage par rapport à un seuil seuil2 positif, telle que le signal binaire e4 est égal à 1 si la valeur du signal d'erreur e est supérieure ou égale au seuil seuil2, et égal à 0 sinon.

Le signal d'erreur e correspond au signal sortie du dispositif Out soustrait du signal de pression p. Ainsi, on a : e4 = 1 si e ≥ seuil2 e4 = 0 si e < seuil2 avec seuil2 ≥ 0

Le signal e4 prend la valeur 1 lorsque le signal d'erreur e est positif et supérieur au seuil seuil2. Le bloc 4 est configuré pour détecter une augmentation de la pression en phase de détente (exemple : combustion) .

Le bloc 6, optionnel, est configuré pour réaliser une étape de seuillage par rapport à un seuil seuil3 positif, telle que le signal binaire e6 est égal à 1 si la valeur du signal d'erreur e est supérieure ou égale au seuil seuil3, et égal à 0 sinon. Ainsi, on a : e6 = 1 si e ≥ seuil3 e6 = 0 si e < seuil3

avec seuil3 ≥ 0 et, de préférence, seuil3 > seuil2.

Le signal e6 prend la valeur 1 lorsque le signal d'erreur e est positif et supérieur au seuil seuil3.

Le bloc 6 est configuré pour détecter une augmentation de la pression en phase de compression (exemple : combustion) .

Le bloc 5 est également configuré pour réaliser une étape de seuillage par rapport à un seuil seuil4 positif, telle que le signal binaire e6 est égal à 1 si la valeur du signal de pression p est supérieure ou égale au seuil seuil4, et égal à 0 sinon.

Ainsi, on a : p5 = 1 si p ≥ seuil4 p5 = 0 si p < seuil4 avec seuil4 ≥ 0

Le signal p5 prend la valeur 1 lorsque le signal de pression p est positif et supérieur au seuil seuil4.

Le bloc 3 reçoit en entrée les signaux p2, p5, e4 et e6, et délivre en sortie un signal z transmis en entrée du bloc 7.

Le bloc 3 est illustré plus en détails sur la figure 4. Il comprend une bascule de type RS comprenant une entrée R et une entrée S, et délivrant un signal de sortie Q.

Les signaux p2 et p5 sont connectés à une entrée respective d'une porte ET dont la sortie est reliée à l'entrée S de la bascule.

L'entrée R de la bascule est reliée au signal p5 inversé .

Ainsi, on a : S = 1 si p2=l et p5=l

S = O sinon

R = 1 si p5=0

R = O s inon

Lorsque l'entrée S est mise à 1, la sortie Q de la bascule passe à 1. Lorsque l'entrée R est mise à 1, la sortie Q de la bascule passe à 0.

Le passage à 1 de la sortie Q indique que la valeur du signal de pression p diminue (car p2=l) mais que cette valeur est au-dessus du seuil seuil4 (car p5=l) . Aussi, le passage à 1 de la sortie Q permet de déterminer le début de la phase de détente dans le cycle thermodynamique de combustion.

Toutefois, on ne souhaite pas selon l'invention augmenter la bande passante des moyens de filtrage pendant toute la phase détente mais seulement lorsqu'une combustion a lieu. A cet, effet, la combustion est détectée par l'intermédiaire des signaux e4 et e6 comme décrit ci- dessous .

Le signal de sortie de la bascule Q est relié en entrée d'une porte ET à trois entrées dont la deuxième entrée est reliée au signal p2 inversé, et la troisième entrée est reliée au signal e4.

La porte ET à trois entrées délivre en sortie un signal intermédiaire X.

Ainsi, on a :

X = 1 si e4=l et Q=I et p2=0

X = O sinon

Le signal intermédiaire X permet de détecter une augmentation forte et rapide de la pression dans la chambre de combustion, c'est-à-dire une pente forte du signal de pression p, en phase de détente.

Par conséquent, le signal intermédiaire X permet de piloter la commande d'augmentation de la bande passante des moyens de filtrage.

La condition e4=l dans la construction du signal intermédiaire X permet de n'augmenter la bande passante du filtrage que pendant les phases de montée du signal de pression p.

L'étape optionnelle consistant à déterminer si la combustion a eu lieu pendant une phase de compression du cycle thermodynamique est réalisée par la porte logique OU dont une entrée est reliée au signal X, et l'autre au signal e6.

Ainsi, le signal de sortie z de la porte OU est le signal de sortie z du bloc 3. Ainsi, on a : z = 1 si X=I ou si e6=l z = 0 sinon

La condition e6=l dans la construction du signal z permet de détecter une augmentation rapide et de grande amplitude (en fonction de la valeur du seuil seuil3) de la valeur du signal de pression p, en phase de compression.

Le signal de sortie z du bloc 3 est relié en entrée du bloc 7 (figure 3) .

Le bloc 7 est configuré pour réaliser une étape de gain variable et délivrer en sortie un signal Der.

Le gain variable réalisé par le bloc 7 est fonction de la valeur du signal z de sortie du bloc 3. Soit KO un premier gain réalisable par le bloc 7, et Kl un deuxième gain réalisable par le bloc 7, on a : Si z = 0, le bloc 7 réalise le gain KO

Si z = 1, on considère qu'une combustion a eu lieu, et le bloc 7 réalise le gain Kl.

Le choix de la valeur des gains KO et Kl permet de définir la bande passante des moyens de filtrage. De préférence, Kl > KO, ce qui permet de filtrer le signal de pression p avec une large bande passante, correspondante au gain Kl, quand le signal z est égal à 1, c'est-à-dire : soit lorsque la pression dans la chambre de combustion augmente rapidement, et que cette augmentation est de forte amplitude, et que le cylindre de la chambre de combustion est en phase de compression,

- soit lorsque la pression augmente rapidement et que le cylindre de la chambre de combustion est en phase de détente.

Dans les autres cas, c'est-à-dire lorsque le signal z est égal à 0, le dispositif selon l'invention permet de filtrer le signal de pression p avec une faible bande passante, correspondante au gain KO, afin de filtrer les composantes hautes fréquences et de petites amplitudes

(bruit) .

Le signal Der de sortie du bloc 7, correspondant à la dérivée du signal de pression p filtré, est relié à l'entré d'un intégrateur (1/S) dont la sortie délivre un signal de sortie Out, correspondant au signal de pression p filtré, relié au soustracteur précité pour la construction du signal d'erreur e.

L'ensemble comprenant le soustracteur, le bloc 7 et l'intégrateur constitue un filtre de premier ordre quand le gain du bloc 7 est fixe. Dans ce cas, le gain KO (ou Kl) fixe à la bande passante du filtre.

Grâce à l'invention, le signal de pression p peut être filtré même lors de combustion exotique, c'est-à-dire en phase détente, lorsque la combustion a lieu après le point mort haut.

Le signal de sortie Out peut être relié à des moyens de contrôle, en particulier à l'unité de contrôle électronique (ECU) du moteur.