FR2852630A1

FR2852630A1 - Procede de gestion d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2852630A1
Application number: FR0402685A
Authority: FR
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: US7124017B2; DE10311519A1; US20040193361A1; FR2852630B1

Abstract

Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel le carburant est brûlé pendant le cycle de travail (cyc) dans au moins une chambre de combustion (14), une pression de gaz (p) qui règne pendant le cycle de travail (cyc) dans la chambre de combustion (14) est détectée par un capteur de pression (32), et on surveille la vraisemblance d'une grandeur de mesure (xB) déduite du signal du capteur de pression (32).A partir de plusieurs paramètres de fonctionnement actuels du moteur à combustion interne (10) et qui ne reposent pas sur le signal du capteur de pression (32), on détermine une grandeur de référence correspondant à la grandeur de mesure, on compare la grandeur de mesure à la grandeur de référence (62) et à l'aide de cette comparaison on vérifie la vraisemblance du signal de capteur de pression (32) ou de la grandeur de mesure qui en résulte (64, 66).

Description

Domaine de l'invention

La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon lequel le carburant est brûlé pendant un cycle de travail dans au moins une chambre de combustion, une pres5 sion de gaz qui règne pendant le cycle de travail dans la chambre de combustion est détectée par un capteur de pression, et on surveille la vraisemblance d'une grandeur de mesure déduite du signal du capteur de pression.

Etat de la technique Un tel procédé est disponible sur le marché. Selon ce procédé, au moins un moteur à combustion interne comporte au moins un cylindre avec un capteur de pression mesurant la pression de gaz actuelle régnant dans la chambre de combustion du cylindre. A l'aide de grandeurs déduites de la pression de gaz on peut obtenir des informations concer15 nant l'évolution et la qualité de la combustion du carburant dans la chambre de combustion. Ces considérations sont utilisées pour optimiser la commande du moteur à combustion interne en particulier du point de vue de la consommation de carburant, du comportement en émission et de la régularité de fonctionnement.

Les capteurs de pression utilisés sont néanmoins extrêmement exposés aux contraintes de températures et de pressions. C'est pourquoi il faut une conception mécanique complexe pour l'électronique d'exploitation du capteur de pression pour que soit découplée du capteur proprement dit qui se trouve directement dans la chambre de combustion 25 du cylindre du moteur à combustion interne. Néanmoins, on ne peut exclure la défaillance d'un tel capteur de pression. Pour déceler une telle défaillance on surveille la vraisemblance du signal fourni par le capteur de pression. Pour cela, on définit des valeurs limites rigides pour le procédé et si le signal dépasse ces valeurs limites vers le haut ou vers le bas, on 30 suppose que le capteur de pression est erroné. C'est ainsi que par exemple on considère qu'il y a un défaut dans le capteur de pression si le signal du capteur indique 0 volt pendant tout le fonctionnement du moteur à combustion interne.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus, permettant d'identifier d'une manière encore plus certaine un capteur de pression sans défaut et de concevoir d'une manière encore plus sûre le fonctionnement du capteur de pression.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'à partir de plusieurs paramètres de fonctionnement actuels du moteur à combustion interne et qui ne reposent 5 pas sur le signal du capteur de pression, on détermine une grandeur de référence correspondant à la grandeur de mesure, on compare la grandeur de mesure à la grandeur de référence et à l'aide de cette comparaison on vérifie la vraisemblance du signal de capteur de pression ou de la grandeur de mesure qui en résulte.

Le procédé selon l'invention permet également de déceler des défauts dans la détermination de la pression du gaz dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne et qui ne peuvent être détectés par la surveillance de valeurs limites, rigides utilisées jusqu'alors, et cela pour des raisons de principe. Il s'agit par exemple d'une erreur 15 d'amplification, c'est-à-dire d'une déviation d'un coefficient de proportionnalité entre la pression et le signal de sortie du capteur de pression. Cela concerne également les défauts de dérive, c'est-à-dire la combinaison du signal de sortie proprement dit et d'une grandeur de défaut dépendant du temps. On peut également détecter une hystérésis provoquée par des pro20 priétés mécaniques modifiées dans la transmission des efforts du capteur de pression dans le procédé selon l'invention. Les états de choc thermique, c'est-à-dire des signaux de pression obtenus à partir de tensions thermiques et qui n'ont pas d'éléments correspondants pour la pression de gaz peuvent également être décelés grâce au procédé de l'invention. En outre, 25 il est possible, grâce à l'invention, de capter des défauts non linéaires provoqués par exemple par les dépôts de résidus de combustion sur les composants mécaniques des capteurs de pression.

Ces différentes solutions sont rendues possibles car les grandeurs de mesure obtenues à partir du signal actuel du capteur de 30 pression sont comparées à une grandeur de référence physique correspondante obtenue par un procédé numérique d'une façon totalement indépendante, à partir des paramètres de fonctionnement récupérés et qui correspondent aux points de fonctionnement actuels du moteur à combustion interne. Finalement, on compare une grandeur de mesure décou35 lant d'une mesure, à une grandeur de référence calculée à partir des conditions de fonctionnement actuelles. Cela permet de déceler les différentes influences de défauts susceptibles de conduire à une pression de gaz obtenue de manière erronée, et cela non seulement pour une détection séparée mais également pour une superposition de défauts distincts donnant un défaut global inconnu.

Ainsi, globalement, on améliore la fiabilité de la valeur de la pression de gaz déduite du signal de capteur de pression, ce qui est fina5 lement avantageux pour la consommation de carburant, le comportement à l'émission et la régularité de fonctionnement du moteur à combustion interne.

Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse du procédé de l'invention, on définit chaque fois une courbe de temps de 10 la grandeur de mesure et de la grandeur de référence dans un cycle de travail et on compare les deux courbes entre elles. Cela permet de déceler encore mieux une valeur de pression erronée obtenue à partir du signal du capteur de pression.

Selon un développement, il est prévu à cet effet de détermi15 ner la déviation maximale entre la grandeur de mesure et la grandeur de référence, et de la comparer à au moins une valeur limite. Cela se réalise simplement et permet de réduire la capacité de mémoire et de calcul.

Suivant une autre caractéristique, on forme la déviation de la grandeur de mesure par rapport à la grandeur de référence à des ins20 tants identiques des deux courbes et on forme une somme que l'on compare à au moins une valeur limite. Cela permet également de saisir des erreurs certes d'amplitude plus petite mais plus ou moins constantes pendant un cycle de travail. Pour éviter la compensation de déviation positive par des déviations négatives, on peut former la somme soit en utili25 sant les valeurs absolues des déviations soit le carré des déviations.

Si indépendamment du résultat de la vérification de vraisemblance une information est enregistrée dans une mémoire de défaut et/ou une information est émise vers un utilisateur du moteur à combustion interne, on pourra prendre suffisamment à temps des contre-mesures 30 pour éviter d'endommager le moteur à combustion interne par un capteur de pression fournissant des valeurs de pression défectueuses à un niveau

inacceptable.

On améliore encore la vraissemblance ou la plausibilité si on compare la grandeur de mesure à la grandeur de référence pour plu35 sieurs cycles de travail et ce n'est qu'alors que l'on détecte un défaut de vraisemblance du signal du capteur de pression ou de la grandeur de mesure qui en est déduite si pour un nombre donné de cycles de travail la comparaison aboutit à un résultat correspondant. On évite ainsi que par exemple dans le cas d'une unique déviation non autorisée de la grandeur de mesure par rapport à la grandeur de référence, cette déviation indique que le capteur de pression fonctionne de manière défectueuse. Ainsi la fiabilité du diagnostic augmente.

Suivant un développement particulièrement avantageux du procédé de l'invention, la grandeur de mesure et la grandeur de référence sont des quantités de chaleur normalisées par rapport à la quantité de chaleur totale fournie pendant un cycle de travail, et on détermine la grandeur de mesure à partir du signal du capteur de pression sur la base 10 d'équations thermodynamiques et la grandeur de référence à l'aide d'une fonction Vibe. La fonction Vibe repose sur l'hypothèse que la combustion des hydrocarbures se déroule sous la forme d'une réaction en chaîne.

Pour cela, on a établi un modèle de calcul appelé fonction Vibe. Ce modèle décrit les caractéristiques principales d'une combustion dans un moteur 15 avec en tout seulement trois paramètres. La fonction Vibe est ainsi très simple à programmer et la grandeur de référence s'obtient très rapidement et avec la mise en oeuvre de moyens de calcul réduits.

Le problème évoqué ci-dessus est également résolu par un programme d'ordinateur programmé pour appliquer un procédé du type 20 défini cidessus. La même remarque s'applique également au support de mémoire électrique pour un appareil de commande et/ou de régulation du moteur à combustion interne exécutant le programme d'ordinateur pour l'application d'un procédé du type défini ci-dessus.

Enfin, le problème est également résolu par l'appareil de 25 commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne programmé pour appliquer un procédé comme celui défini ci-dessus.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation de l'invention représenté dans 30 les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un capteur de pression, - la figure 2 montre un ordinogramme présentant un contrôle de vraisemblance du capteur de pression de la figure 1, - la figure 3 montre un diagramme d'une grandeur de mesure et d'une grandeur de référence en fonction de l'angle du vilebrequin du moteur à combustion interne de la figure 1.

Description d'un mode de réalisation

Selon la figure 1, le moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Ce moteur comporte plusieurs cylindres dont un seul est représenté à la figure 1 sous la référence 12 pour des raisons de 5 simplification. Le cylindre 12 comprend une chambre de combustion 14 alimentée en air frais par une conduite d'alimentation 16 et d'une soupape d'admission 18. La masse d'air fournie est détectée par un capteur HFM 19. Le carburant arrive dans la chambre de combustion 14 par un injecteur 20 et un système d'alimentation en carburant 22. Le mélange air10 carburant dans la chambre de combustion 14 est allumé par une bougie d'allumage 14. Cette bougie est alimentée par un système d'allumage 26.

Les gaz d'échappement résultant de la combustion sont évacués de la chambre de combustion 14 en passant dans une conduite d'échappement 30 à travers une soupape d'échappement 18. La pression lé des gaz emprisonnés pendant un cycle de fonctionnement dans la chambre de combustion 14 est détectée par un capteur de pression 32. Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 18, un vilebrequin 34 est mis en rotation. La position angulaire du vilebrequin est détectée par un capteur d'angle 36.

Le fonctionnement du moteur à combustion interne est commandé ou régulé par un appareil de commande et de régulation 38.

Cet appareil reçoit les signaux du capteur HFM 19, du capteur de pression 32 et du capteur d'angle 36. Il commande entre autres le système d'allumage 26, l'injecteur 20 et un volet d'étranglement non représenté à 25 la figure 1. Ce volet d'étranglement équipe la conduite d'alimentation ou d'admission 16. Cela permet de commander la vitesse de rotation et le couple du moteur à combustion interne 10 en fonction de la demande de l'utilisateur du moteur à combustion interne 10. En même temps, on veut commander et réguler le moteur à combustion interne 10 pour qu'il con30 somme aussi peu que possible de carburant pendant son fonctionnement, génère aussi peu que possible de produits polluants et enfin pour que son fonctionnement soit optimum, c'est-à-dire calme.

La connaissance du déroulement et de la qualité de la combustion du mélange carburant-air pendant le cycle de fonctionnement 35 dans la chambre de combustion joue un rôle important pour le réglage.

Une grandeur de fonctionnement ou paramètre de fonctionnement important est pour cela la pression du gaz régnant dans la chambre de combustion 14 pendant le cycle de fonctionnement et qui est détectée par le capteur de pression 32. C'est pourquoi il est important pour le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 de pouvoir détecter de manière fiable si la pression de gaz déduite du signal de capteur de pression 32 est défectueuse. Pour reconnaître un tel défaut on utilise un procédé 5 comme celui décrit en référence à la figure 2. Le procédé est enregistré comme programme d'ordinateur sur une mémoire 40 de l'appareil de commande et de régulation 38.

Après un bloc de départ 42 on demande dans le bloc 44 si le cycle de travail cyc commence à ce moment. Pour cela, on exploite les 1o signaux du capteur d'angle 36 détectant l'angle du vilebrequin 34. Si la réponse dans le bloc 44 est " oui ", à des intervalles angulaires constants de l'angle du vilebrequin 34, on enregistre les valeurs de pression pi fournies par le capteur de pression 34 et on les enregistre (bloc 46). L'indice i est égal à zéro au début d'un cycle de travail cyc et à la fin d'un cycle de 15 travail cyc il atteint une valeur maximale N. Dans le bloc 48 on demande ensuite si le cycle de travail cyc vient juste de se terminer. Si la réponse dans le bloc 48 est " oui ", on termine la détection et l'enregistrement des valeurs de pression pi.

A partir des valeurs de pression enregistrées en mémoire pi, 20 on détermine dans le bloc 50 une courbe dite " de chauffage ". Celle-ci exprime la conversion du carburant injecté dans la chambre de combustion 14 à l'aide de l'injecteur 20 en énergie calorifique Qi; cette courbe dépend entre autre de l'exposant polytropique n et du volume Vi du cylindre ainsi que de la pression de gaz pi. L'exposant polytropique n dépend du type de 25 fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Cet exposant est connu de l'appareil de commande et de régulation 38. Le volume Vi du cylindre peut être défini pour le cylindre 12 à partir de la position du vilebrequin 34 détectée par le capteur d'angle 36. L'équation correspondante pour déterminer la quantité de chaleur fournie Qi est la suivante: 30 Qi - *Pi *(Vi+lVi)±*Vi *(Pi+l -Pi-l) n-1 n-i Cette équation repose sur le premier principe de la thermodynamique. A partir de la courbe de chauffage Qi, en formant une somme 35 dans le bloc 52 on détermine l'énergie convertie QBm jusqu'à l'instant respectif m. En outre, dans un bloc 54 on détermine la conversion d'énergie totale QBN réalisée pendant le cycle de travail considéré. Dans le bloc 56 on normalise les conversions d'énergie QBm obtenues à chaque instant m (à proprement parler: les positions angulaires du vilebrequin 34) à l'aide de la conversion totale d'énergie QBN et on en déduit une grandeur xB qui représente une courbe normalisée de la conversion 5 d'énergie dans la chambre de combustion 14 pendant un cycle de travail cyc et cela sur la base des signaux du capteur de pression 32. La grandeur xB est également appelée " grandeur de mesure " car elle repose sur les signaux de mesure fournis par le capteur de pression 32. L'évolution de la grandeur de mesure xB est représentée par un trait plein à la figure i0 3 en fonction de l'angle du vilebrequin 34.

Un point central du procédé représenté à la figure 2 est la comparaison de l'évolution de la grandeur de mesure xB définie en 56 et d'une grandeur de référence xBref correspondant physiquement à la grandeur de mesure xB mais néanmoins obtenue par un procédé ne faisant 15 pas intervenir les signaux du capteur de pression 32. Pour cela on utilise la fonction dite " Vibe " qui repose sur l'hypothèse que la combustion des hydrocarbures dans la chambre de combustion 14 se déroule comme une réaction en chaîne. Partant de là et de considérations cinétiques de réaction d'un mélange carburant-air homogène on obtient la fonction de com20 bustion xBref suivante: a(w-wBS 'mV+1 -a* xBref = 1- e wBD Cette fonction est calculée à la figure 2 dans le bloc 58. Les 25 coefficients nécessaires au calcul sont fournis ou déterminés dans un bloc 60.

Le coefficient mV est le coefficient de Vibe. Celui-ci se définit par un essai en laboratoire pour différents points de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Une possibilité consiste à mesurer, 30 par exemple dans le cas d'un tel essai de laboratoire, une courbe de pression pour un point de fonctionnement garanti sans erreur et à partir de là on définit la courbe de combustion réelle. Par des procédés de détermination graphiques, par exemple par une double transformation logarithmique de la courbe de combustion réelle, on peut définir le paramètre de 35 Vibe mV. Il est à remarquer que pour différentes conditions de fonctionnement OC du moteur à combustion interne 10 on pourra enregistrer en mémoire les paramètres de la fonction Vibe xBref dans l'appareil de commande et de régulation 38.

Un paramètre wBS caractérise chaque angle du vilebrequin 34 pour lequel commence la combustion du mélange air/carburant dans 5 la chambre de combustion 14. Cette valeur peut se déterminer habituellement à partir de l'angle d'allumage, c'est-à-dire de l'angle du vilebrequin 20 auquel la bougie d'allumage 24 se déclenche. Un paramètre wBD caractérise la durée de combustion dans le cycle de travail cyc. Cette durée peut être déterminée à partir de l'appareil de commande et de régulation io 38 connaissant la quantité de carburant injectée et la charge d'air détectée par le capteur HFM 19 (débitmètre à film chaud) et le cas échéant également à partir d'autres paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Le coefficient (a) résulte du degré de conversion du carburant lors de la combustion. Si l'on suppose que cette combustion 15 correspond approximativement à 99,9 %, on aura un coefficient (a) égal à 6,903.

Au point 58 on calcule la grandeur de référence xBref avec les paramètres correspondant aux conditions de fonctionnement actuelles OC. La courbe correspondante de la fonction Vibe xBref est représentée en 20 pointillés à la figure 3.

Le bloc 62 définit la déviation maximale dmax de la courbe de la grandeur de mesure xB par rapport à la courbe de la grandeur de référence xBref. Dans le bloc 64 on demande si la déviation maximale dmax obtenue dans le bloc 62 est supérieure à une valeur limite GI. Si la 25 réponse dans le bloc 64 est " négative ", on demande dans un bloc 66 si la déviation dmax est inférieure ou égale à une seconde valeur limite G2. Par les interrogations dans les blocs 64, 66 on détecte également les déviations non autorisées vers le haut ou vers le bas pour la grandeur de mesure xB par rapport à la grandeur de référence xBref.

Si la réponse dans le bloc 64 est positive, alors dans le bloc 68 on augmente l'état de comptage ni de l'unité 1. Ensuite, dans le bloc 70 on demande si la valeur de comptage ni est supérieure à une valeur limite G3. Si la réponse dans le bloc 70 est " négative ", on revient au début du procédé de façon à exécuter la vérification de vraisemblance pour 35 un autre cycle de travail cyc. De façon analogue, si la réponse dans le bloc 66 est " oui ", alors dans le bloc 72 on augmenterait d'une unité un second état de comptage n2 et ensuite dans le bloc 74 on demande si le second état de comptage n2 est supérieur à une valeur limite G4. De façon analo- gue, on revient au début du procédé si la réponse dans le bloc 74 est " négative ".

Si la réponse est " oui " dans le bloc 70 ou dans le bloc 74, ce qui est équivalent à ce que pour un nombre maximum fixé de cycles de 5 travail cyc on a constaté une déviation d'amplitude inacceptable dmax, alors dans le bloc 76 on génère une information. Celle-ci consiste d'une part à enregistrer dans une mémoire de défaut et d'autre part à émettre une indication vers l'utilisateur du moteur à combustion interne 10. Le procédé se termine dans le bloc 78.

Il est à remarquer que la déviation maximale dmax peut également correspondre à la somme des déviations déterminées à des instants chaque fois identiques des deux courbes xB, xBref qui peuvent le cas échéant également être mises au carré. Dans ce cas on peut supprimer l'interrogation dans le bloc 66 et celle qui en dépend dans les blocs 72 15 et 74.

Le procédé de vérification du capteur de pression n'a été indiqué cidessus que pour un capteur de pression 32 du cylindre 12. Il est à remarquer que pour un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres on effectue également pour les capteurs de pression des autres cylin20 dres, une vérification de vraisemblance correspondante. La vérification de vraisemblance peut être faite à des intervalles de temps réguliers ou encore par exemple chaque fois que le moteur à combustion interne 10 fonctionne à un point de fonctionnement déterminé défini habituellement par la vitesse de rotation, la charge d'air, la quantité de carburant injectée 25 et l'angle d'allumage correspondant.

Claims

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel le carburant est brûlé pendant un cycle de travail (cyc) dans au moins une chambre de combustion (14), une pression de gaz (p) qui règne pendant le 5 cycle de travail (cyc) dans la chambre de combustion (14) est détectée par un capteur de pression (32), et on surveille la vraisemblance d'une grandeur de mesure (xB) déduite du signal du capteur de pression (32), caractérisé en ce qu' à partir de plusieurs paramètres de fonctionnement actuels (w, wBD, wBS) 10 du moteur à combustion interne (10) et qui ne reposent pas sur le signal du capteur de pression (32), on détermine une grandeur de référence (xBref) correspondant à la grandeur de mesure (xB), on compare la grandeur de mesure (xB) à la grandeur de référence (xBref) (62) et à l'aide de cette comparaison on vérifie la vraisemblance du signal de capteur de pression (32) ou de la grandeur de mesure (xB) qui en résulte (64, 66).

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on définit chaque fois une courbe de temps de la grandeur de mesure (xB) et de la grandeur de référence (xBref) dans un cycle de travail (cyc) et on compare les deux courbes entre elles (62).

3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la déviation maximale (dmax) de la grandeur de mesure (xB) par rapport à la grandeur de référence (xBref) et on la compare à au moins une valeur limite (G 1, G2).

4 ) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3,

caractérisé en ce qu' on forme la déviation de la grandeur de mesure (xB) par rapport à la grandeur de référence (xBrefl à des instants identiques (i) des deux courbes et 35 on forme une somme (dmax) que l'on compare à au moins une valeur limite (G1, G2).

5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en fonction du résultat de la vérification de vraisemblance on enregistre dans une mémoire d'erreur et/ou on émet une information à destination de l'utilisateur du moteur à combustion interne (76).

60) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on compare la grandeur de mesure (xB) à la grandeur de référence (xBrefl pour plusieurs cycles de travail (cyc) et ce n'est qu'alors que l'on détecte 1o un défaut de vraisemblance du signal du capteur de pression (32) ou de la grandeur de mesure qui en est déduite si pour un nombre donné (G3, G4) de cycles de travail (cyc) la comparaison aboutit à un résultat correspondant.

70) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur de mesure et la grandeur de référence sont des quantités de chaleur (xB, xBrel) normalisées par rapport à la quantité de chaleur totale (QBN) fournie pendant un cycle de travail, et on détermine la grandeur de mesure (xB) à partir du signal du capteur de pression (32) sur la base d'équations thermodynamiques et la grandeur de référence (xBret) à l'aide d'une fonction Vibe (58).

8 ) Appareil de commande et/ou de régulation (38) d'un moteur à com25 bustion interne (10), caractérisé en ce qu' il est programmé pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 1 à 7.