FR2759414A1 - Dispositif de detection de rates d'allumage du melange air/ carburant d'alimentation d'un moteur a combustion interne propulsant un vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Il comprend des moyens (4, 5) de détection d'irrégularités du comportement dynamique du moteur (1) induites par des ratés d'allumage et des moyens d'inhibition (6, 102 , 13) de ces moyens de détection sensibles à des forces extérieures au moteur susceptibles de tromper lesdits moyens de détection (4, 5) . Les moyens d'inhibition (6, 102 , 13) comprennent un capteur (13) sensible à la moyenne des vitesses de rotation des roues (71 , 72 ) d'un essieu dudit véhicule pour former un signal représentatif de la vitesse du véhicule, ledit signal alimentant, d'une part, un afficheur de ladite vitesse dans l'habitacle dudit véhicule et, d'autre part, des moyens de traitement (6) dudit signal pour détecter une présence éventuelle desdites forces extérieures au moteur et susceptible de tromper les moyens de détection de ratés d'allumage, et commander alors l'inhibition desdits moyens de détection (4, 5) .

Description

La présente invention est relative à un dispositif de détection de ratés d'allumage du mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile et, plus particulièrement, à un tel dispositif du type qui comprend des moyens de détection d'irrégularités du comportement dynamique du moteur induites par des ratés d'allumage et des moyens d'inhibition de ces moyens de détection, sensibles à des forces extérieures au moteur susceptibles de tromper lesdits moyens de détection.

On sait que la détection des ratés d'allumage est à la base des actions de correction qui sont nécessaires, par exemple, pour empêcher la détérioration d'un pot catalytique de traitement des gaz d'échappement du moteur par une combustion parasite de carburant dans ce pot, ou pour corriger la composition du mélange air/carburant dans les moteurs fonctionnant avec de tels mélanges "pauvres" en carburant.

On connaît du document FR-A-2 682 718 un dispositif du type décrit ci-dessus dans lequel les moyens d'inhibition comprennent un capteur d'effort installé entre le moteur et le châssis du véhicule pour détecter des mouvements du moteur provoqués par des forces extérieures trouvant leur origine ailleurs que dans le moteur lui-même, dans des chocs subis par les roues du véhicule sur une route dégradée par exemple.

Dans le document DE-A- 41 34 591, on décrit un véhicule propulsé par un moteur à combustion interne, comprenant un capteur du régime du moteur et un calculateur de commande de ce moteur. Le calculateur reçoit un premier signal d'entrée de ce capteur et déduit la présence de ratés de combustion de la détection d'oscillations parasite de ce régime. Le calculateur reçoit en outre un deuxième signal d'entrée, élaboré par un autre calculateur commandant un dispositif d'antipatinage des roues du véhicule, à partir de signaux délivrés par deux capteurs montés sur deux roues motrices correspondantes du véhicule pour en relever les vitesses de rotation et reconnaître un glissement éventuel de ces roues sur la route. Dans cette éventualité, le calculateur qui exploite les deux signaux inhibe la détection de ratés de combustion éventuels.

Ainsi le dispositif décrit ci-dessus suppose l'emploi soit d'un capteur d'effort, qui grève le coût du dispositif, soit d'un système d'antipatinage des roues, qui n'est pas toujours présent dans un véhicule automobile. On pourrait s'inspirer de cette deuxième solution et la simplifier en montant au moins un capteur de vitesse de roues dans le véhicule mais cette solution est elle aussi grevée par le coût de ce capteur et de son installation.

La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de détection de ratés d'allumage du type décrit en préambule de la présente description, comprenant des moyens d'inhibition de la détection de ces ratés qui n'exigent la présence d'aucun capteur spécialisé ni d'autres moyens matériels non normalement présents dans un véhicule automobile.

On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la présente description, avec un dispositif du type décrit en préambule de la présente description, remarquable en ce que les moyens d'inhibition des moyens de détection des ratés d'allumages comprennent un capteur sensible à la moyenne des vitesses de rotation des roues d'au moins un essieu du véhicule pour former un signal représentatif de la vitesse du véhicule, ledit signal alimentant, d'une part, un afficheur de ladite vitesse dans l'habitacle dudit véhicule et, d'autre part, des moyens de traitement dudit signal pour détecter une présence éventuelle de forces extérieures au moteur et susceptibles de tromper les moyens de détection de ratés d'allumage, et commander alors l'inhibition desdits moyens de détection.

En utilisant ainsi, pour la commande de l'inhibition de la détection de ratés d'allumage un capteur de vitesse du véhicule normalement présent dans celui-ci, on assure cette inhibition sans coûts matériels supplémentaires.

Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit capteur est sensible à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée d'un différentiel associé auxdites roues. Plus particulièrement, le capteur est sensible à la durée de passage devant lui des dents d'une roues dentée solidaire de l'arbre d'entrée du différentiel, les moyens de traitement du signal délivré par ledit capteur formant des échantillons d'écarts temporels successifs correspondant à des écarts angulaires successifs définis sur la roue par au moins une et, préférentiellement, plusieurs dents de ladite roue.

Suivant une autre caractéristique de la présente invention, lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de filtrage passe-haut des échantillons, des moyens de redressement des échantillons filtrés, des moyens de filtrage passe-bas de la sortie desdits moyens de redressement, des moyens pour normer la sortie des moyens de filtrage passe-bas et des moyens de comparaison de la sortie normée à une valeur de seuil, pour déclencher éventuellement une inhibition de durée prédéterminée des moyens de détection des ratés d'allumage.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est un schéma d'un véhicule automobile équipé du dispositif suivant l'invention,
- la figure 2 est un logigramme du fonctionnement des moyens de traitement du signal incorporés au dispositif de la figure 1, et
- les figures 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B sont des graphes de signaux formés par lesdits moyens de traitement, utiles à l'explication du fonctionnement du dispositif suivant l'invention.

On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a représenté schématiquement un moteur 1 à combustion interne monté sur un châssis 2 d'un véhicule automobile.

Sur le vilebrequin 3 du moteur, on trouve classiquement un volant 4, une roue dentée par exemple, qui coopère avec un capteur 5 à réluctance magnétique pour délivrer des signaux représentatifs des "positions angulaires" des divers cylindres du moteur, et du régime ou nombre de tours/minute N de l'arbre de sortie du moteur.

Classiquement, des signaux représentatifs du régime N du moteur et de la pression d'admission p, du moteur sont fournis à un calculateur numérique 6 qui gère le fonctionnement du moteur et, notamment, le temps d'ouverture t d'injecteurs de carburant et l'avance à l'allumage a du mélange air/carburant dans les cylindres du moteur.

Sur la figure 1, on a représenté en outre la chaîne cinématique classique qui va du moteur 1 aux roues motrices 7,, 7 du véhicule, par l'intermédiaire d'un organe d'embrayage 8, d'une boîte de vitesses 9, d'un pont 101, 102 et d'un différentiel 11.

Le calculateur 6 exécute aussi couramment des fonctions auxiliaires telles que, en particulier, la détection de ratés d'allumage du mélange air/carburant dans les cylindres du moteur, pour les raisons évoquées plus haut. Pour ce faire, le calculateur exploite des signaux délivrés par un capteur accélérométrique sensible aux oscillations du système oscillatoire constitué par le moteur 1 et ses moyens élastiques 12l, 12 de montage sur le châssis 2 du véhicule. En cas de raté de combustion dans un des cylindres du moteur, l'oscillation du système devient irrégulière. Une mesure du déphasage entre un pic d'accélération et les instants d'émission des étincelles d'allumage permet d'identifier le cylindre où il y a eu raté d'allumage.

En variante, on surveille, à l'aide du signal délivré par le capteur 5, les variations de la vitesse de rotation du moteur, entre des points prédéterminés du cycle moteur, pour identifier d'éventuels ratés responsables de variations anormales de cette vitesse.

Il faut évidemment prévoir, comme on l'a vu plus haut, des moyens permettant de détecter l'intervention, sur le moteur, de forces extérieures à celui-ci, c'est-àdire autres que celles qui sont développées sur le moteur par les explosions successives du mélange air/carburant dans les cylindres, de telles forces étant susceptibles de tromper les moyens de détection des ratés d'allumage utilisés et donc de déclencher alors à tort les mesures correctrices prévues. Comme exemple de telles forces, on peut citer, principalement, les efforts subis par les roues 7 < , 7- quand celles-ci roulent sur une route à surface irrégulière, en particulier en "tôle ondulée", efforts périodiques qui se propagent à travers la chaîne cinématique pour agir sur le moteur lui-même en même temps que ceux dus aux explosions du mélange air/carburant. On peut citer aussi, accessoirement, les à-coups subis par ladite chaîne cinématique lors de manoeuvres d'embrayage/débrayage ou de changement de vitesse, à-coups qui se transmettent aussi au moteur. On peut encore citer les efforts à variations lentes qui se développent dans la chaîne cinématique lors des accélérations ou décélérations du véhicule.

Suivant une caractéristique importante de la présente invention, on utilise pour détecter ces efforts extérieurs perturbateurs, un capteur 13 classiquement présent dans le véhicule à d'autres fins, à savoir la détection de la vitesse du véhicule, pour commander un afficheur de cette vitesse dans l'habitacle de ce dernier. Ce capteur dit "tachymétrique" est couramment disposé dans la chaîne cinématique entre le pont 10 et le différentiel 11, par exemple au voisinage des dents d'une roue dentée 105 du pont placé sur l'arbre d'entrée 14 du différentiel 11. On sait que cet arbre tourne à une vitesse égale à la vitesse moyenne des roues 71 et 72.

Ainsi, en détectant des irrégularités dans la rotation de l'arbre 14, on détecte les transmissions vers le moteur d'efforts exercés, sur l'une ou l'autre des roues 71 et 72, par le roulement de celles-ci sur des irrégularités de la surface de roulement, et ceci sans avoir à disposer un capteur de vitesse de rotation sur chacune de ces deux roues, ce qui est favorable du point de vue coût de l'installation. L'utilisation du capteur 13, classiquement un capteur à réluctance magnétique, est d'ailleurs d'autant plus avantageuse de ce point de vue que ce capteur est toujours présent dans un véhicule automobile et que son utilisation pour une fonction autre que la mesure de la vitesse du véhicule rend pratiquement nul le coût en matériel de cette autre fonction.

On va maintenant décrire, en liaison avec le logigramme de la figure 2, les diverses étapes du traitement du signal délivré par le capteur 13 pour en tirer une information propre à valider ou à invalider la détection de ratés d'allumage opérée dans le calculateur 6 par un traitement approprié, de tout type connu, du signal fourni par le capteur 5 à réluctance magnétique associé à la roue dentée 4 montée sur l'arbre de sortie du moteur. Le traitement suivant la présente invention du signal délivré par le capteur 13 est entièrement exécuté par des moyens de traitement constitués par un programme enregistré dans le calculateur 6. Ainsi, la mise en oeuvre de l'invention n'implique que l'étude et la mise en place de moyens logiciels, vite amorties dans une production de fort volume comme l'est une production automobile.

Le capteur 13 mesure la vitesse moyenne des roues 71, 7 du véhicule, comme on l'a vu plus haut. Cette vitesse est estimée à partir de chronométrages d'intervalles temporels délimités par les passages successifs de repères mécaniques tels que, par exemple, les flancs avant (ou arrière, respectivement) de deux dents adjacentes de la roue 13 d'entrée du différentiel 11.

Ces échantillons sont regroupés pour correspondre à des écarts angulaires s'étendant sur 10 environ de la circonférence de la roue 13, par exemple. Le nombre de chronométrages à réaliser par tour de roue est choisi de préférence entre 5 et 100, étant entendu qu'une augmentation du nombre des chronométrages améliore la précision des calculs à réaliser mais alourdit le traitement.

La mesure d'une pluralité d'échantillons d'écarts temporels E(n) successifs (n = ordre de l'échantillon) correspondant aux écarts angulaires ainsi définis, est déclenchée par une interruption (figure 2, étape 1) du programme de mesure de la vitesse du véhicule, permettant l'exécution du sous-programme illustré par le logigramme de la figure 2, la finalité de ce sous-programme étant de commander, ou non, une inhibition d'une commande déclenchée par un autre programme consacré à la détection de ratés d'allumage, de tout type connu de l'homme du métier. Une telle interruption est déclenchée par le passage d'une dent particulière de la roue 102s ou après le passage d'un nombre prédéterminé de dents de cette roue, devant le capteur 13.

Les étapes 3a à 3c du logigramme de la figure 2 ont pour but de former un signal de mesure représentatif de l'énergie des efforts, de haute fréquence, appliqués aux roues du véhicule lors de leur passage sur les irrégularités de la route, cette énergie étant justement celle qui est susceptible de remonter la chaîne cinématique représentée à la figure 1, pour perturber la détection des ratés de combustion des cylindres du moteur 1. Celle-ci s'effectue en analysant les perturbations, également de haute fréquence, de l'énergie développée par le moteur, dans des fenêtres "angulaires" centrées sur les combustions du mélange air/carburant dans les divers cylindres du moteur. C'est pourquoi la fonction globale des étapes 3a à 3c est celle d'un filtre passe-haut qui débarrasse les échantillons E(n) de l'influence de variations lentes des écarts temporels mesurés dus à des accélérations ou décélérations commandées du véhicule, sans rapport avec d'éventuels ratés de combustion, et aussi de l'influence de certaines oscillations de basse fréquence et éventuellement causées par des ratés réguliers du moteur dans certaines conditions de roulage du véhicule, par exemple sous forte charge, à bas régime, avec un rapport de démultiplication faible.

Cette fonction globale de filtrage passe-haut comprend d'abord une étape de filtrage passe-bas des échantillons E(n) (étape 3a) qui permet d'établir une valeur moyenne Pb(n) des écarts temporels E(n). On retranche ensuite la valeur moyenne Pb(n) qui présente des variations de basse fréquence, de la valeur d'un échantillon E(n-l) antérieur (étape 3c), cet échantillon ayant été antérieurement mis en mémoire (étape 3b).

Avantageusement, cette mémorisation compense sensiblement le retard introduit par le filtrage de l'étape 3a, fonction de l'ordre de celui-ci. Pour s'affranchir de problèmes observés aux bas régimes du moteur, on choisit de préférence un filtre d'ordre supérieur ou égal à 2. Un filtre d'ordre 2 permet avantageusement de réduire le temps de calcul.

A la sortie de l'étape 3c, qui correspond à un filtrage passe-haut, on dispose donc d'une mesure de l'énergie de haute fréquence dont l'origine se trouve dans l'irrégularité de la surface de roulement du véhicule, et susceptible de perturber la détection des ratés de combustion, comme on l'a vu plus haut. Les graphes de la figure 3A, 3B représentent le signal représentatif de cette énergie, obtenu respectivement lors du roulage du véhicule sur une route à surface très irrégulière (figure 3A) et sur une route à surface relativement lisse en présence de ratés de combustion (figure 3B). On a reporté en abscisse l'ordre n de l'échantillon et en ordonnée l'écart temporel établi à l'étape 3c.

La suite du traitement consiste à redresser le signal par prise en compte de sa seule valeur absolue (étape 4) voir les figures 4A et 4B, puis à normer (étape 5) la valeur moyenne ainsi obtenue de l'énergie dW, de haute fréquence, due aux seules irrégularités de la surface de roulement du véhicule, par la valeur moyenne
Pb(n), obtenue en sortie de l'étape 3a, de l'énergie cinétique totale W disponible sur l'arbre de sortie du moteur 1.

On applique ensuite au signal redressé et normé un filtrage passe-bas, du premier ordre (étape 6) voir les figures 5A et 5B. Les figures 4A et 5A correspondent à une route à surface irrégulière et les figures 4B et 5B à une route à surface lisse. Ce filtrage correspond à un calcul de valeur moyenne du signal, sur quelques tours de la roue de mesure 102 (typiquement de 0, 5 à 3 tours).

On compare ensuite, à l'étape 7, la variation relative d'énergie filtrée (dW/W) f ainsi calculée à une valeur de seuil S = f(N,p) mise en mémoire. Cette valeur de seuil est tabulée en fonction de paramètres caractéristiques du fonctionnement du moteur tels que le régime N et la pression d'admission Pa Les valeurs de seuil ainsi mémorisées correspondent à des variations relatives d'énergie dont le dépassement est significatif de conditions de roulage du véhicule susceptibles de perturber la détection de ratés d'allumage. Ainsi, si (dW/W)r- < S, on passe directement à la fin du sousprogramme d'interruption, alors que si (dW/W)f > S, on déclenche une inhibition de la détection des ratés pendant un intervalle de temps prédéterminé, 300 ms par exemple. Pendant ce temps, le sous-programme peut reprendre à l'étape 1. L'intervalle de temps prédéterminé est choisi en fonction de résultats d'essais permettant d'évaluer la durée moyenne du défaut détecté, ou en fonction des résultats d'un processus d'apprentissage automatique mis en oeuvre par l'électronique embarquée du véhicule. L'intervalle de temps prédéterminé peut être réarmé si une autre détection de conditions de roulage perturbantes a lieu pendant l'intervalle en cours d'écoulement.

Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but annoncé, à savoir commander une inhibition éventuelle de la détection de ratés d'allumage d'un moteur à combustion interne, sans recourir à un capteur spécialisé et donc sans coût supplémentaire autre que le coût des moyens logiciels nécessaires.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le dispositif suivant l'invention pourrait servir en outre à calculer le rapport enclenché dans la boîte de vitesses 9, à partir du rapport des vitesses de rotation détectées par les capteurs 5 et 13.

Egalement, les impulsions normalisées, fonctions des mesures de largeur de dents de la roue 10r, réalisées par le dispositif suivant l'invention peuvent être utilisées pour commander un afficheur tachymétrique classique équipant le véhicule.

De même, plutôt que d'alimenter l'afficheur tachymétrique du véhicule avec le signal de sortie du capteur 13 à réluctance magnétique variable, qui peut être affecté de divers défauts bien connus de l'homme de métier, on pourrait utiliser un tachymètre à entrée numérique et l'alimenter avec la sortie du filtre passebas utilisé à l'étape 3a, qui délivre un signal de bonne qualité.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection de ratés d'allumage du mélange air/carburant d'alimentation d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile, du type qui comprend des moyens (4,5) de détection d'irrégularités du comportement dynamique du moteur (1) induites par des ratés d'allumage et des moyens d'inhibition (6,10;,13) de ces moyens de détection, sensibles à des forces extérieures au moteur susceptibles de tromper lesdits moyens de détection (4,5), caractérisé en ce que lesdits moyens d'inhibition (6,l0;,13) comprennent un capteur (13) sensible à la moyenne des vitesses de rotation des roues (71,7 ) d'au moins un essieu dudit véhicule pour former un signal représentatif de la vitesse du véhicule, ledit signal alimentant, d'une part, un afficheur de ladite vitesse dans l'habitacle dudit véhicule et, d'autre part, des moyens de traitement (6) dudit signal pour détecter une présence éventuelle desdites forces extérieures au moteur et susceptibles de tromper les moyens de détection de ratés d'allumage, et commander alors l'inhibition desdits moyens de détection (4,5).

2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur (13) est sensible à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée (14) d'un différentiel (11) associé auxdites roues (7 ,72)-

3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur (13) est sensible à durée de passage devant lui des dents d'une roue dentée (102) solidaire dudit arbre d'entrée et en ce que lesdits moyens de traitement forment des échantillons E(n) d'écarts temporels successifs correspondant à des écarts angulaires successifs définis sur la roue (102) par au moins une dent.

4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits écarts temporels E(n) successifs correspondent chacun au passage d'une pluralité prédéterminée de dents.

5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (6) comprennent des moyens de filtrage passe-haut des échantillons E(n) (figure 2, étapes 3a à 3c), des moyens de redressement des échantillons (figure 2, étape 4), des moyens pour normer la sortie desdits moyens de redressement (Figure 2, étape 5), des moyens de filtrage passe-bas de la sortie desdits moyens de norme (Figure 2, étape 6), et des moyens de comparaison du signal ainsi normé et filtré à une valeur de seuil (figure 2, étape 7), pour déclencher éventuellement une inhibition de durée prédéterminée des moyens de détection des ratés d'allumage (figure 2, étape 8).

6. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite valeur de seuil (S) est fonction du régime (N) et de la charge (p) du moteur.

7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage passe-haut comprennent des moyens de filtrage passe-bas (figure 2, étape 3a) des moyens de mémorisation d'un échantillon E(n-l) antérieur à l'échantillon E(n) courant (figure 2, étape 3b) et des moyens pour soustraire la sortie Pb(n) des moyens de filtrage, de l'échantillon antérieur E(n-l).

8. Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que ledit afficheur de la vitesse du véhicule est un afficheur numérique alimenté par un signal de sortie desdits moyens de filtrage passe-bas.