WO2004079319A1 - Procede de detection de cliquetis - Google Patents

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Jean-Guilhem Dalissier
Julien Lerolle
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Johnson Controls Technology Company
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/025—Engine noise, e.g. determined by using an acoustic sensor
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a usable knock detection method in relation to mo- 'thermal tors and more particularly so-called ignition in particular for the propulsion of motor vehicles.
  • a flammable mixture is used which, after having been admitted into the combustion chamber, is compressed by the piston moving towards its top dead center before being ignited by means of the ignition device in such a way that the combustion of the mixture generates burnt gases whose expansion pushes the piston towards its point dead low.
  • the combustion is irregular with in particular a self-ignition (or abnormal combustion of auto-ignition) of a part of the mixture.
  • This phenomenon called rattling, is due to unsuitable temperature and pressure conditions resulting, for example, from too great an advance of the ignition with respect to the end of compression. The rattling phenomenon, if it continues, risks damaging the internal combustion engine or causing premature wear of the latter.
  • An object of the invention is to provide a means enabling knock detection which is rapid and reliable.
  • a method of knock detection in a heat engine comprising the steps of:
  • the method of the invention makes it possible to obtain a quantity representative of the instantaneous noise energy, namely the standardized noise energy, which varies slowly at low amplitudes so that, on the one hand, the filtering subsequently carried out introduces a delay that is little or no penalizing and that, on the other hand, the comparison of the normalized noise energy before filtering with the filtered normalized noise energy allows reliable detection of knocking.
  • the correction of the theoretical noise energy comprises the phases of: subtracting the theoretical noise energy from the instantaneous noise energy to obtain intermediate information,
  • the averaging of the difference between the theoretical noise energy and the instantaneous noise energy is a relatively rapid operation which allows this correction mode to be well suited when the variations in the instantaneous noise energy are rapid.
  • information of correction thus obtained is representative of the actual noise of the engine in use and makes it possible to adapt the theoretical noise energy to the engine in use taking into account the conditions of use and the dispersions of characteristics between the engine in use and the test engine.
  • the correction of the theoretical noise energy comprises the phases of: - integrating the filtered normalized noise energy to obtain correction information,
  • correction information to the theoretical noise energy to obtain the corrected noise energy.
  • the integration of the normalized noise energy makes it possible to obtain information representative of the real noise of the engine in use.
  • This so-called correction information can therefore be used to correct the theoretical noise energy in order to take account of the conditions of use and the dispersions of characteristics between the engine in use and the test engine.
  • This correction mode is well suited to slow variations in the instantaneous noise energy.
  • FIG. 1 is a schematic block view of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic block view of a second embodiment of the invention.
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention is here described in application to an internal combustion engine comprising conventionally an engine block in which are mounted movable pistons to define combustion chambers.
  • the engine block is provided with means for admitting a flammable mixture, here an air - gasoline mixture, into each combustion chamber, means for exhausting burnt gases from each combustion chamber and a device for ignition intended to initiate combustion of the flammable mixture in the combustion chambers.
  • the internal combustion engine is associated with a control unit which electronically manages the operation of the internal combustion engine on the basis of operating parameters of the engine supplied to it by sensors, such as the rotation speed, the flow rate and the pressure of the gaseous mixture, the angular position of the crankshaft, the engine temperature, the depressing of the accelerator pedal, the presence of knocking ...
  • the knock sensor ' is of the accelerometer type and is fixed on the engine block to provide the control unit for instantaneous noise energy from the combustion engine.
  • the control unit comprises a calculation module such as a microprocessor and a memory module containing maps relating the operating parameters of the engine, in order to allow it to control the intake means, the ignition device and all other organs involved in the operation of the heat engine.
  • a calculation module such as a microprocessor and a memory module containing maps relating the operating parameters of the engine, in order to allow it to control the intake means, the ignition device and all other organs involved in the operation of the heat engine.
  • the detection method according to the invention is implemented by the control unit to allow it, for example, to control the ignition device with a view to decreasing or increasing the ignition advance as a function respectively of the presence or absence of rattling.
  • the process according in the first embodiment of the invention begins with the step of determining a theoretical noise energy as a function of the engine speed supplied by the sensor dedicated for this purpose.
  • the theoretical noise energy is determined from a map, developed on the test bench on a test engine, relating the theoretical noise energy and the engine speed.
  • instantaneous noise energy is measured by the knock sensor and supplied to the control unit.
  • a correction of the theoretical noise energy is then carried out as a function of an averaging of the instantaneous noise energy. More precisely, the correction of the theoretical noise energy comprises the phases of: - subtracting the theoretical noise energy from the instantaneous noise energy to obtain intermediate information equal to the difference between the instantaneous noise energy and theoretical noise energy,
  • the instantaneous noise energy is then normalized as a function of the corrected noise energy.
  • the instantaneous noise energy is divided by the corrected noise energy.
  • the information thus obtained, called normalized noise energy is filtered by performing an averaging in order to attenuate the point components thereof, these point components, when there are any, generally resulting from the presence of knocking.
  • the averaging carried out may for example consist of a calculation of a rolling average over a predetermined number of acquisitions.
  • the engine operates with clicking and the control unit can command a reduction of the ignition advance.
  • the engine operates without rattling and the control unit can command an increase in the ignition advance.
  • the method according to the second mode of implementation of the invention differs from that of the first mode of implementation only in that the correction step is carried out differently.
  • the correction of the theoretical noise energy comprises the phases of:
  • the theoretical noise energy can be determined from several engine operating parameters such as the rotation speed and an indication that a noisy vehicle equipment is in operation (fan, turbochargers). sister ).
  • the averaging operations can be replaced by any filtering operation making it possible to attenuate or eliminate the point components of the signal undergoing filtering and for example a temporal filtering.

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Abstract

Procédé de détection de cliquetis dans un moteur thermique, comprenant les étapes de : - déterminer une énergie de bruit théorique en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et mesurer une énergie de bruit instantané, - effectuer une correction de l'énergie de bruit théorique en fonction d'un moyennage de l'énergie de bruit instantané, - normaliser l'énergie de bruit instantané en fonction de l'énergie de bruit corrigée, - filtrer l'énergie de bruit normalisée en effectuant un moyennage de celle-ci, - comparer l'énergie de bruit normalisée avant filtrage et l'énergie de bruit normalisée filtrée.

Description

Procédé de détection de cliquetis.
La présente invention concerne un procédé de détection de cliquetis utilisable en relation avec des mo- ' teurs thermiques et plus particulièrement ceux dits à allumage commandé notamment utilisés pour la propulsion de véhicules automobiles.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans un tel moteur thermique, dont une architecture classique met en oeuvre au moins un piston coulissant dans une chambre de combustion entre des points morts haut et bas, il est utilisé un mélange inflammable qui, après avoir été admis dans la chambre de combustion, est comprimé par le piston se déplaçant vers son point mort haut avant d'être enflammé au moyen du dispositif d'allumage de telle manière que la combustion du mélange engendre des gaz brûlés dont la détente repousse le piston vers son point mort bas. Il arrive que la combustion soit irrégulière avec notamment une auto-inflammation (ou combustion anormale d'auto-inflammation) d'une partie du mélange. Ce phénomène, appelé cliquetis, est dû à des conditions de températures et de pression inadaptées résultant par exemple d'une avance trop importante de l'allumage par rapport à la fin de la compression. Le phénomène de cliquetis, s'il perdure, risque de détériorer le moteur thermique ou de provoquer une usure préma- turée de celui-ci.
Dans les procédés utilisés pour détecter le cliquetis, il est connu de comparer une énergie de bruit du moteur thermique en utilisation à une énergie de bruit théorique déterminée à partir d'une cartographie pré- établie, au banc d'essai sur un moteur dédié à cet effet, pour mettre en relation l'énergie de bruit et des paramètres de fonctionnement connus du moteur thermique dont le régime de rotation. Toutefois, il existe des dispersions entre les moteurs utilisés et le moteur-test qui influent sur l'énergie de bruit à un régime donné, de même que les conditions d'utilisation - comme la nature du revêtement sur laquelle circulent les véhicules - influent également sur le bruit détecté • par les capteurs utilisés pour la détection du bruit du moteur thermique. Il est alors dif- ficile au moyen des procédés connu de distinguer avec certitude le bruit d'un moteur fonctionnant sans cliquetis du bruit d'un moteur fonctionnant avec cliquetis.
Pour obvier à cet inconvénient, on a pensé à effectuer une comparaison de l'énergie de bruit du moteur thermique mesurée en utilisation à l'énergie de bruit que devrait normalement présenter ce moteur dans les mêmes conditions d'utilisation. Pour ce faire, en considérant que le cliquetis apparaît de façon ponctuelle, il est procédé à un filtrage de l'énergie de bruit mesurée afin d'en éliminer ou d'en atténuer les composantes ponctuelles de sorte que l'énergie de bruit filtrée correspond à un fonctionnement sans cliquetis. L'énergie de bruit filtrée est alors comparée à l'énergie de bruit mesurée pour détecter ' un fonctionnement avec cliquetis en s' affranchissant des problèmes de détection liés aux dispersions. Cependant, particulièrement lors de variations rapides de régime, le filtrage réalisé introduit un retard tel que l'énergie de bruit filtrée n'est plus suffisamment représentative pour pouvoir être utilement compa- rée à l'énergie de bruit mesurée.
OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant une détection de cliquetis qui soit rapide et fiable. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détection de cliquetis dans un moteur thermique, comprenant les étapes de :
- déterminer une énergie de bruit théorique en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du mo- teur et mesurer une énergie de bruit instantané,
- effectuer une correction de l'énergie de bruit théorique en fonction d'un moyennage de l'énergie de bruit instantané, - normaliser l'énergie de bruit instantané en fonction de l'énergie de bruit corrigée,
- filtrer l'énergie de bruit normalisée en effectuant un moyennage de celle-ci,
- comparer l'énergie de bruit normalisée avant filtrage et l'énergie de bruit normalisée filtrée.
Le procédé de l'invention permet d'obtenir une grandeur représentative de l'énergie de bruit instantané, à savoir l'énergie de bruit normalisée, qui varie lentement selon des amplitudes faibles de sorte que, d'une part, le filtrage ultérieurement réalisé introduit un retard peu ou pas pénalisant et que, d'autre part, la comparaison de l'énergie de bruit normalisée avant filtrage avec l'énergie de bruit normalisée filtrée permet une détection fiable du cliquetis. Selon un premier mode de mise en œuvre, la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de : soustraire l'énergie de bruit théorique à l'énergie de bruit instantané pour obtenir une informa- tion intermédiaire,
- moyenner l'information intermédiaire pour obtenir une information de correction,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corri- gée .
Le moyennage de 1 ' écart entre 1 ' énergie de bruit théorique et l'énergie de bruit instantané est une opération relativement rapide qui permet à ce mode de correction d'être bien adapté lorsque les variations de l'énergie de bruit instantané sont rapides. L'information de correction ainsi obtenue est représentative du bruit réel du moteur en cours d'utilisation et permet d'adapter l'énergie de bruit théorique au moteur en cours d'utilisation en tenant compte des conditions d'utilisation et des dispersions de caractéristiques entre le moteur en cours d'utilisation et le moteur-test.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de : - intégrer l'énergie de bruit normalisée filtrée pour obtenir une information de correction,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corrigée . L'intégration de l'énergie de bruit normalisée permet d'obtenir une information représentative du bruit réel du moteur en cours d'utilisation. Cette information, dite de correction, est dès lors utilisable pour corriger l'énergie de bruit théorique afin de tenir compte des conditions d'utilisation et des dispersions de caractéristiques entre le moteur en cours d'utilisation et le moteur-test. Ce mode de correction est lui bien adapté à des variations lentes de l'énergie de bruit instantané.
D'autres caractéristiques et avantages ressorti- ront à la lecture de la description qui suit de modes de mise en oeuvre particuliers non limitatifs de l' invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique par blocs d'un premier mode de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique par blocs d'un deuxième mode de mise en œuvre de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est ici décrite en application à un moteur thermique à combustion interne comprenant de façon classique un bloc-moteur dans lequel sont montés mobiles des pistons pour délimiter des chambres de combustion. Le bloc-moteur est pourvu de moyens d'admission d'un mélange inflammable, ici un mélange air - essence, dans chaque chambre de combustion, de moyens d'échappement de gaz brûlés hors de chaque chambre de combustion et d'un dispositif d'allumage destiné à amorcer là combustion du mé- lange inflammable dans les chambres de combustion.
Le moteur thermique est associé à une unité de contrôle qui gère électroniquement le fonctionnement du moteur thermique à partir de paramètres de fonctionnement du moteur qui lui sont fournis par des capteurs, tels que le régime de rotation, le débit et la pression de mélange gazeux, la position angulaire du vilebrequin, la température du moteur, l'enfoncement de la pédale d'accélérateur, la présence de cliquetis... Le capteur de cliquetis 'est du type accéléromètre et est fixé sur le bloc-moteur pour fournir à l'unité de contrôle une énergie de bruit instantané du moteur thermique .
L'unité de contrôle comprend un module de calcul tel qu'un microprocesseur et un module mémoire contenant des cartographies mettant en relation les paramètres de fonctionnement du moteur, afin de lui permettre de commander les moyens d'admission, le dispositif d'allumage et tous les autres organes participant au fonctionnement du moteur thermique .
Le procédé de détection conforme à l'invention est mis en œuvre par l'unité de contrôle pour lui permettre par exemple de commander le dispositif d'allumage en vue de diminuer ou d'augmenter l'avance à l'allumage en fonction respectivement de la présence ou de l'absence de cliquetis . En référence à la figure 1, le procédé conforme au premier mode de mise en œuvre de l'invention commence par l'étape de déterminer une énergie de bruit théorique en fonction du régime moteur fourni par le capteur dédié à cet effet. L'énergie de bruit théorique est déterminée à partir d'une cartographie, élaborée au banc d'essai sur un moteur-test, mettant en relation l'énergie de bruit théorique et le régime moteur. Par ailleurs, une énergie de bruit instantané est mesurée par le capteur de cliquetis et fournie à l'unité de contrôle. II est ensuite réalisé une correction de l'énergie de bruit théorique en fonction d'un moyennage de l'énergie de bruit instantané. Plus précisément, la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de : - soustraire l'énergie de bruit théorique à l'énergie de bruit instantané pour obtenir une information intermédiaire égale à l'écart entre l'énergie de bruit instantané et l'énergie de bruit théorique,
- moyenner l'information intermédiaire pour obte- nir une information de correction afin d'atténuer les composantes de l'information intermédiaire qui pourraient résulter de la présence de cliquetis,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corri- gée .
L'énergie de bruit instantané est ensuite normalisée en fonction de l'énergie de bruit corrigée. En l'espèce, l'énergie de bruit instantané est divisée par l'énergie de bruit corrigée. L'information ainsi obtenue, nommée énergie de bruit normalisée, est filtrée en effectuant un moyennage afin d'atténuer les composantes ponctuelles de celle-ci, ces composantes ponctuelles, lorsqu'il y en a, résultant en général de la présence de cliquetis. Le moyennage réa- lise peut par exemple consister en un calcul d'une moyenne glissante sur un nombre prédéterminé d'acquisitions.
Il est ensuite effectué une comparaison de l'énergie de bruit normalisée avant filtrage et de l'énergie de bruit normalisée filtrée.
Si l'énergie de bruit normalisée avant filtrage est supérieure à l'énergie de bruit normalisée filtrée, le moteur fonctionne avec cliquetis et l'unité de contrôle peut commander une réduction de l'avance à l'allumage.
Si l'énergie de bruit normalisée avant filtrage est égale à l'énergie de bruit normalisée filtrée, le moteur fonctionne sans cliquetis et l'unité de contrôle peut commander une augmentation de l'avance à l'allumage. En référence à la figure 2, le procédé conforme au deuxième mode de mise en œuvre de l'invention diffère de celui du premier mode de mise en œuvre uniquement en ce que l'étape de correction est effectuée différemment.
Ainsi, dans le deuxième mode de mise en œuvre, la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de :
- intégrer l'énergie de bruit normalisée filtrée pour obtenir une information de correction,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corrigée.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et des variantes de ceux- ci peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, l'énergie de bruit théorique peut être déterminée à partir de plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur comme par exemple le régime de rotation et une indication qu'un équipement bruyant du véhi- cule est en fonctionnement (ventilateur, turbocompres- seur...) .
En outre, les opérations de moyennage peuvent être remplacées par toute opération de filtrage permettant d'atténuer ou d'éliminer les composantes ponctuelles du signal subissant le filtrage et par exemple un filtrage temporel .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détection de cliquetis dans un moteur thermique, caractérisé en ce que le procédé com- prend les étapes de :
- déterminer une énergie de bruit théorique en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur et mesurer une énergie de bruit instantané,
- effectuer une correction de l'énergie de bruit théorique en fonction d'un moyennage de l'énergie de bruit instantané, normaliser l'énergie de bruit instantané en fonction de l'énergie de bruit corrigée,
- filtrer l'énergie de bruit normalisée en effec- tuant un moyennage de celle-ci,
- comparer l'énergie de bruit normalisée avant filtrage et l'énergie de bruit normalisée filtrée.
2. Procédé de .détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de : soustraire l'énergie de bruit théorique à l'énergie de bruit instantané pour obtenir une information intermédiaire,
- moyenner l'information intermédiaire pour obte- nir une information de correction,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corrigée.
3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la correction de l'énergie de bruit théorique comprend les phases de :
- intégrer l'énergie de bruit normalisée filtrée pour obtenir une information de correction,
- ajouter l'information de correction à l'énergie de bruit théorique pour obtenir l'énergie de bruit corri- O 2004/079319
10
gee .
4. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement est le régime moteur.
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