FR3055674A1 - Procede de diagnostic des rates de combustion d'un moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Procédé de diagnostic des ratés de combustion d'un moteur à combustion interne muni d'un turbocompresseur et d'une sonde de richesse disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne en aval de la turbine du turbocompresseur. Le procédé comprend les étapes suivantes : on détermine si les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont réunies pendant une durée de détection de ratés de combustion prédéfinie, on détermine un signal de richesse en fonction de la mesure de la sonde de richesse, on détermine ensuite un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on détermine le nombre d'occurrences au cours desquelles le signal de bruit sort d'une gamme de valeurs prédéfinie correspondant à une bande morte de bruit, on détermine qu'il ne s'agit pas d'une fausse détection si le nombre de dépassements est supérieur à une valeur prédéfinie sur la durée de détection de ratés de combustion.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
055 674
58295
COURBEVOIE © Int Cl8 : F02 P 11/06 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
©) Date de dépôt : 07.09.16. (© Demandeur(s) : RENAULT S.A.S Société par actions
(© Priorité : simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : CARCEL-CUBAS JUAN ANTONIO et
MOITY LAURENT.
(43; Date de mise à la disposition du public de la
demande : 09.03.18 Bulletin 18/10.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux (73) Titulaire(s) : RENAULT S.A.S Société par actions sim-
apparentés : plifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : RENAULT SAS.
FR 3 055 674 - A1 toAj PROCEDE DE DIAGNOSTIC DES RATES DE COMBUSTION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE.
©) Procédé de diagnostic des ratés de combustion d'un moteur à combustion interne muni d'un turbocompresseur et d'une sonde de richesse disposée dans la ligne d'échappement du moteur à combustion interne en aval de la turbine du turbocompresseur.
Le procédé comprend les étapes suivantes: on détermine si les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont réunies pendant une durée de détection de ratés de combustion prédéfinie, on détermine un signal de richesse en fonction de la mesure de la sonde de richesse, on détermine ensuite un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on détermine le nombre d'occurrences au cours desquelles le signal de bruit sort d'une gamme de valeurs prédéfinie correspondant à une bande morte de bruit, on détermine qu'il ne s'agit pas d'une fausse détection si le nombre de dépassements est supérieur à une valeur prédéfinie sur la durée de détection de ratés de combustion.
Figure FR3055674A1_D0001
Procédé de diagnostic des ratés de combustion d’un moteur à combustion interne
L’invention a pour domaine technique le diagnostic embarqué à bord de véhicules automobiles et plus particulièrement le diagnostic embarqué des moteurs à combustion interne de tels véhicules.
La réglementation OBD (acronyme anglophone pour « OnBoard Diagnostics ») exige de diagnostiquer les ratés de combustion (« misfire » en langue anglaise) pour les moteurs à combustion interne en raison de la dégradation des émissions polluantes et du vieillissement précoce du système de post-traitement qu’ils provoquent.
Actuellement, pour réaliser ce diagnostic, le signal du capteur de Point Mort Haut (PMH) est surveillé en permanence afin de reconstruire une estimation du couple à partir de l’accélération angulaire du volant moteur. Ceci est décrit dans le document FR 95 06780. Des ratés de combustion sont détectés quand ce signal montre des chutes de couple importantes.
Actuellement, lorsque l’on détecte des ratés de combustion sur un cylindre en particulier, le procédé de commande du moteur à combustion interne réalise les étapes suivantes :
- On applique un mode dégradé qui consiste à interdire l’injection dans le cylindre présentant des ratés de combustion, et
- On allume un voyant indicateur de dysfonctionnement MIL (acronyme anglophone pour « Malfunction Indicator Lamp ») en mode clignotant pour que les injecteurs, la bobine ou la pompe de carburant soient réparés.
Si le diagnostic des ratés de combustion n’est pas assez robuste aux défauts de forme du volant moteur, des ratés de combustion peuvent être détectés alors que la combustion est conforme sans impacter les émissions polluantes ni le vieillissement du système de post-traitement. En effet, le couple est calculé à partir de l’accélération angulaire du volant. L’accélération du volant est calculée à partir du temps de passage de chaque dent du volant face au capteur de Point Mort Haut. Les déformations du volant impactent ainsi le couple estimé.
Dans ce cas d’une détection des ratés de combustion due à un défaut de forme du volant moteur, les changements de bougies, d’injecteurs ou de pompe ne sont pas nécessaires et ne permettent pas de traiter les ratés de combustion.
Un diagnostic de défaut de forme du volant moteur est disponible afin d’améliorer la réparation du véhicule dans des cas de Fausse Détection des ratés de combustion. Toutefois, la précision de ce diagnostic est limitée et peut ne pas prendre en compte tous les défauts du volant.
Une prise en compte de certains défauts (cible moteur, dents couronne vilebrequin) pouvant être interprétés comme des défauts de combustion est décrite dans les documents FR2757945 et FR2818740. Toutefois, leur résultat n’est toujours pas assez précis.
On connaît également les documents suivants.
Le document JP2010150953 propose aussi d'éviter les fausses détections de ratés de combustion avec une analyse de la richesse via le facteur de correction de carburant, qui peut être réalisé notamment à l’aide d'une sonde binaire.
Le document DE10200803 1696 divulgue un diagnostic basé sur une surveillance d'une chute de la richesse pour détecter les ratés de combustion, qui peut être réalisé avec une sonde binaire.
Le document US4445326 divulgue un diagnostic également basé sur des transitions vers un mélange pauvre détectées par le signal d’un capteur d'oxygène, et non pas sur le bruit du signal de richesse d'un capteur proportionnel.
Le document WO2012029517 divulgue un diagnostic des ratés de combustion basé sur l’identification d’écarts de richesse entre cylindres, et non pas sur l’analyse d’un bruit du signal de la sonde amont proportionnelle.
Le document DE102005020139 divulgue la détection de gradients de transition de la sonde de richesse, qui est limitée si la régulation de richesse en mode normal est faite par une modulation autour de la fenêtre catalytique qui peut avoir des forts gradients en mode normal de fonctionnement.
Il existe un besoin pour un diagnostic amélioré des ratés de combustion d’un moteur à combustion interne.
L’invention a pour objet un procédé de diagnostic des ratés de combustion d’un moteur à combustion interne muni d’un turbocompresseur et d’une sonde de richesse disposée dans la ligne d’échappement du moteur à combustion interne en aval de la turbine du turbocompresseur. Le procédé comprend les étapes suivantes :
on détermine si les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont réunies pendant une durée de détection de ratés de combustion prédéfinie, on détermine un signal de richesse en fonction de la mesure de la sonde de richesse, on détermine ensuite un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on détermine le nombre d’occurrences au cours desquelles le signal de bruit sort d’une gamme de valeurs prédéfinie correspondant à une bande morte de bruit, on détermine qu’il ne s’agit pas d’une fausse détection si le nombre de dépassements est supérieur à une valeur prédéfinie sur la durée de détection de ratés de combustion.
Pour déterminer un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on peut réaliser les étapes suivantes :
on détermine un signal de richesse filtré égal au signal de richesse filtré par un filtre de 1er ordre ou un filtre passe bas, présentant une constante de temps prédéterminée, puis on corrige le signal de richesse filtré par recalage en retranchant un retard égal à la constante de temps du filtre, on détermine ensuite un signal de bruit égal à l’écart entre le signal filtré recalé et le signal de richesse avant filtrage.
La constante de temps du filtre peut être choisie de sorte à être comprise entre une première valeur et une deuxième valeur, la première valeur étant égale à la plus courte période possible entre des ratés de combustion correspondant au taux de ratés de combustion limite acceptable pour la fiabilité du système de posttraitement, de sorte à ne pas enlever du bruit des fréquences des ratés de combustion, la deuxième valeur étant égale à la période de modulation de richesse normale (sans ratés de combustion), de sorte à ne pas enlever les harmoniques de la composante de régulation de richesse.
Pour déterminer un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on peut réaliser un filtrage passe haut du signal de richesse avec une constante de temps prédéterminée.
La constante de temps du filtre passe haut peut être déterminée en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et d’un taux de ratés de combustion.
Les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion peuvent être les suivantes :
l’état d’accouplement de la boîte de vitesses n’est pas un état de transition, l’injection est autorisée, la vitesse de rotation du moteur est inférieure à un seuil maximum, la charge courante est supérieure à la charge nécessaire au fonctionnement du moteur à vide, un diagnostic de défaut de forme du volant moteur n’a pas détecté de défaut, il n’y a pas de requête transitoire de couple inter-système (boîte auto, ou systèmes sécuritaires comme l’ESP), c’est-à-dire de requête de couple ne provenant pas d’une demande du conducteur via la pédale d’accélérateur, la tension de batterie est supérieure à un seuil minimum, et il n’y a pas de phase transitoire de type de carburant (d’essence au gaz ou de gaz à essence), dans le cas des moteurs pouvant être alimentés par différents types de carburant.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique illustre les principales étapes du procédé de diagnostic selon l’invention.
L’invention consiste à améliorer la fiabilité du diagnostic des ratés de combustion en profitant de l’intégration d’un capteur d’oxygène proportionnel sur les moteurs à essence à partir de la norme EU6b. S’il existe de véritables ratés de combustion, le signal de richesse est perturbé par un bruit de fond.
Ce constat est réalisé sur des moteurs muni d’un turbocompresseur. En effet, la sonde de richesse des moteurs avec turbocompresseur est située après la turbine. Une fois que les gaz d’échappement sont passés à travers la turbine le flux est cassé. Les gaz de tous les cylindres sont mélangés. La sonde située en aval de la turbine analyse le mélange de gaz provenant de tous les cylindres.
Par contre dans un moteur atmosphérique dépourvu de turbocompresseur, le flux n’est pas cassé. Selon la position de la sonde de richesse, les gaz de certains cylindres peuvent ne pas être analysés.
Le procédé de diagnostic selon l’invention, illustré par la figure unique, comprend les étapes suivantes.
Au cours d’une première étape 1, on détermine si les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont réunies pendant une durée de détection de ratés de combustion, par exemple 300 PMH consécutifs. Au cours de cette étape, on détermine le signal de richesse de sorte qu’il soit disponible pour les étapes suivantes.
Les conditions pour réaliser le diagnostic comprennent les conditions suivantes :
L’état d’accouplement de la boîte de vitesses n’est pas un état de transition.
L’injection est autorisée.
La vitesse de rotation du moteur est inférieure à un seuil maximum.
La charge courante est supérieure à la charge nécessaire au fonctionnement du moteur à vide,
Un diagnostic de défaut de forme du volant moteur n’a pas détecté de défaut. Il n’y a pas de requête transitoire de couple intersystème (boîte auto, ou systèmes sécuritaires comme l’ESP), c’est-àdire de requête ne provenant pas d’une demande du conducteur via l’enfoncement de la pédale d’accélérateur. La tension de batterie est supérieure à un seuil minimum.
Il n’y a pas de phase transitoire de type de carburant (d’essence au gaz ou de gaz à essence), pour les moteurs pouvant être alimentés par différents types de carburant. On entend ici que le moteur doit être alimenté par un seul type de carburant et non pas par un mélange de carburants différents.
Au cours d’une deuxième étape 2, on calcule un signal de richesse filtré avec un filtre de 1er ordre (ou filtre passe bas) présentant une constante de temps sensiblement égale à 0,1s et un gain égal à 1.
La valeur de la constante de temps du filtre de 1er ordre est choisie avec les critères suivants :
La valeur doit être assez faible pour ne pas enlever les harmoniques de la composante de régulation de richesse.
Si par exemple, la régulation est faite avec une modulation de la consigne de richesse présentant une période de 0.8s et une amplitude de 0.06, la fréquence de coupure du filtre fc est la suivante :
fc = 1 / (2 π Tl) = 1 / (2 π 0,1) = 1,6 Hz
La fréquence de la régulation quant à elle est la suivante : fr = 1/0.8 = 1.25 Hz
Il apparaît alors que la fréquence de coupure du filtre fc est supérieure à la fréquence de régulation fr.
Il faut que la constante de temps du filtre soit par exemple inférieure à 0.13s. Une constante de temps ainsi choisie permet de ne pas considérer comme des ratés de combustion les oscillations générées par la régulation de la richesse. On diminue ainsi bruit les fausses détections de ratés de combustion.
La valeur de la constante de temps du filtre doit être également assez forte pour ne pas enlever du bruit des fréquences des ratés de combustion. Le cas extrême peut être des ratés de combustion au ralenti. Si on veut détecter des ratés de combustion de 10% à 750 tpm sur un moteur 4 cylindres (fréquence des ratés de combustion 2.5 Hz) il faut que la constante de temps du filtre soit par exemple supérieure à 0.06s.
Au cours d’une troisième étape 3, on corrige le signal filtré par recalage pour retrancher un retard égal à la constante de temps du filtre de 1er ordre.
Au cours d’une quatrième étape 4, on détermine un signal de bruit égal à l’écart entre le signal filtré recalé et le signal brut de richesse.
Les étapes 2, 3 et 4 décrites ci-dessus permettent d’obtenir un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse.
Au cours d’une cinquième étape 5, on détermine le nombre d’occurrences au cours desquelles le signal de bruit sort d’une gamme de valeurs prédéfinies, par exemple [-0,02 ; 0,02], Cette gamme de valeurs prédéfinies correspond à une bande morte de bruit.
Au cours d’une sixième étape 6, on détermine qu’il ne s’agit pas d’une fausse détection si le nombre de dépassements est supérieur à une valeur prédéfinie, par exemple 10, sur la durée de détection de ratés de combustion définie plus haut.
Une variante de cette invention consiste à déterminer le signal de bruit en réalisant un traitement alternatif du signal de richesse. Les étapes 2, 3 et 4 décrites ci-dessus sont alors remplacées par une étape 2bis au cours de laquelle on applique un filtre passe haut au signal de richesse pour obtenir directement le signal de bruit.
W)
Γί/(ΐ-ζ^)
Sched TQ T1 (Eq. 1)
Avec :
Td : Gain du filtre
SchedTO : pas de calcul du calculateur ECU
Tl : Constante de temps du filtre.
On privilégiera un gain de filtre Td égal à 1.
La fréquence de coupure du filtre fc est :
fc = 1 / (2 π Tl), (Eq. 3) si on veut détecter des ratés de combustion à partir d’un taux de combustion minimum : TmiS (%) à une vitesse de rotation N (tpm, tours par minute), pour un moteur 4 cylindres, il faut choisir une constante de temps du filtre Tl, en secondes, donnée par l’équation suivante :
Tl = 1500 / (π N Tmis) (Eq. 2)
Dans le mode de réalisation alternatif, le procédé se poursuit par les étapes 5 et 6 au cours desquelles on utilise le signal de bruit ainsi obtenu.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de diagnostic des ratés de combustion d’un moteur à combustion interne muni d’un turbocompresseur et d’une sonde de richesse disposée dans la ligne d’échappement du moteur à combustion interne en aval de la turbine du turbocompresseur, caractérisé par le fait qu’il comprend les étapes suivantes :
    on détermine si les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont réunies pendant une durée de détection de ratés de combustion prédéfinie, on détermine un signal de richesse en fonction de la mesure de la sonde de richesse, on détermine ensuite un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on détermine le nombre d’occurrences au cours desquelles le signal de bruit sort d’une gamme de valeurs prédéfinie correspondant à une bande morte de bruit, on détermine qu’il ne s’agit pas d’une fausse détection si le nombre de dépassements est supérieur à une valeur prédéfinie sur la durée de détection de ratés de combustion.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, pour déterminer un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on réalise les étapes suivantes :
    on détermine un signal de richesse filtré égal au signal de richesse filtré par un filtre de 1er ordre ou un filtre passe bas, présentant une constante de temps prédéterminée, puis on corrige le signal de richesse filtré par recalage en retranchant un retard égal à la constante de temps du filtre, on détermine ensuite un signal de bruit égal à l’écart entre le signal filtré recalé et le signal de richesse avant filtrage.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la constante de temps du filtre est choisie de sorte à être comprise entre une première valeur et une deuxième valeur, ίο la première valeur étant égale à la plus courte période possible entre des ratés de combustion correspondant au taux de ratés limite acceptable pour la fiabilité d’un système de post-traitement du moteur, de sorte à ne pas enlever du bruit des fréquences des ratés de combustion, la deuxième valeur étant égale à la période de modulation de richesse, de sorte à ne pas enlever les harmoniques de la composante de régulation de richesse.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour déterminer un signal de bruit égal au bruit de mesure du signal de richesse, on réalise un filtrage passe haut du signal de richesse avec une constante de temps prédéterminée.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la constante de temps du filtre passe haut est déterminée en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne et d’un taux de ratés de combustion.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les conditions pour réaliser le diagnostic des ratés de combustion sont les suivantes :
    l’état d’accouplement de la boîte de vitesse n’est pas un état de transition, l’injection est autorisée, la vitesse de rotation du moteur est inférieure à un seuil maximum, la charge courante est supérieure à la charge nécessaire au fonctionnement du moteur à vide, un diagnostic de défaut de forme du volant moteur n’a pas détecté de défaut, il n’y a pas de requête transitoire de couple autre que provenant du conducteur via l’enfoncement de la pédale d’accélérateur, la tension de batterie est supérieure à un seuil minimum, et il n’y a pas de phase transitoire de type de carburant, dans le cas des moteurs pouvant être alimentés par différents types de carburant.
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