WO2012084466A1 - Systeme de controle du fonctionnement d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile - Google Patents

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    • F02P5/15—Digital data processing
    • F02P5/152—Digital data processing dependent on pinking

Definitions

  • the present invention relates to the control of the operation of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • engine control is an essential element for a motor vehicle, whether for reasons of consumption, longevity or safety.
  • abnormal destructive combustions such as rumble or preignition may occur.
  • Such auto-inflammations may occur before the generation of a spark or during the exhaust phase of the flue gases following a normal combustion. They are harmful to an engine and can even lead to the destruction of it.
  • the present invention aims to provide a diagnosis necessary for optimal control of an internal combustion engine, including the detection of misfires or combustion abnormal combustion, the detection of knocking, etc.
  • the ionization signal is an electrical image of the real-time development of combustion.
  • the measurement of the ionization signal consists in applying a DC voltage between the tip of the radiofrequency spark plug of a given cylinder and the motor mass, and in measuring the value of the current induced by the combustion.
  • the evolution of the current that is to say of the corresponding signal, makes it possible to diagnose combustion.
  • the invention relates to a system for controlling the operation of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising:
  • At least two measuring devices each measuring device being configured to perform an analog measurement of the ionisation signal of a respective cylinder
  • An amplifier of the measured ionization signal - a device for comparing the amplified measured ionization signal with a reference model
  • a multiplexer input connected to the ionization signal measuring device, connected at the output to the amplifier, and controlled by a control signal.
  • the multiplexer of the invention it is possible to pool the shaping and operating stages (amplification, comparison ...) of the ionization signal, which greatly reduces costs.
  • the amplifier is variable gain whose gain is defined by a microcontroller.
  • the value of the gain is determined according to the point of engine operation. It depends, among other things, on the engine rotation speed and the engine load.
  • the system further comprises a low-pass filter for filtering the optionally amplified analog signal.
  • the system further comprises an analog-to-digital converter for converting the amplified measured ionization signal into a digital signal.
  • the comparison device comprises a computer (for example a microcontroller, a microprocessor, a network of logic gates) connected to a motor control computer of the vehicle.
  • the analog measurement device of the ionization signal is connected at input to each cylinder of the engine or to each power output stage of the ignition system, and connected at the output to the multiplexer.
  • the acquisition frequency of the analog-to-digital converter is 50 kHz.
  • control signal comes from a control module configured to select each input of the multiplexer for a duration equal to 720 ° / N, with ° the number of degrees crankshaft and N the number of cylinders of the engine.
  • control module configured to select each input of the multiplexer for a duration equal to 720 ° / N, with ° the number of degrees crankshaft and N the number of cylinders of the engine.
  • the invention also relates to a method of controlling the operation of an internal combustion engine of a motor vehicle, capable of being implemented by the system according to the invention, the method comprising steps comprising at :
  • the method further comprises a step of filtering the ionization signal.
  • the method further comprises a step of converting the analog ionization signal into a digital signal.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of steps of the method according to the invention, when said program is executed on a computer.
  • the engine spark plugs have a thermal index guaranteeing the absence of pre-ignition under normal engine operating conditions.
  • a thermal index guaranteeing the absence of pre-ignition under normal engine operating conditions.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the system according to the invention on an internal combustion engine equipped with 4 cylinders
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 illustrates the operation of the system according to the invention on an internal combustion engine equipped with 4 cylinders.
  • FIG. 1 One embodiment of the proposed system is illustrated in FIG. 1 for an internal combustion engine equipped with 4 cylinders.
  • the system comprises four measuring devices 1, one per cylinder, each measuring device 1 being configured to carry out an analog measurement of the signal of ionization of a respective cylinder, representative of combustion in each cylinder.
  • Each measuring device 1 is specific to the set on which the measurement is made.
  • each measuring device 1 makes it possible to measure a weak signal at the output of the current-generating spark circuit.
  • the measurement of the ionization signal consists of converting the combustion current into voltage by measuring either on the secondary winding of the ignition coil for a conventional ignition system, or at the output of the power stage in the case of a radiofrequency ignition system.
  • the combustion current corresponding to the ionization signal is very small and has a large range of amplitude variation typically between 20 ⁇ and 500 ⁇ . It is therefore advantageous to amplify this signal.
  • the amplification 20 can be carried out by way of illustration using a variable gain amplifier 2 whose gain is defined numerically by a microcontroller.
  • the ionization signal especially when amplified, may be disturbed by high frequency noise. It is therefore advantageous to implementing a filtering step 30 by a low-pass filter 3 in order to eliminate these parasites.
  • This filtering step 30 also makes it possible to avoid the folding of the frequency spectrum after the conversion into a digital signal. Indeed, it is advantageous to implement a step of converting the analog ionization signal into a digital signal, for example using an analog-to-digital converter.
  • An acquisition frequency of 50 kHz is suitable for the detection of pinging, information corresponding to an oscillation of between 5 kHz and 15 kHz.
  • the ionization signal (preferably a digital signal) is then compared to a reference model by a comparison device, comprising a computer 5 called an ignition computer such as, for example, a microcontroller, a microprocessor, a logic gate network, etc. connected to a motor control computer.
  • a comparison device comprising a computer 5 called an ignition computer such as, for example, a microcontroller, a microprocessor, a logic gate network, etc. connected to a motor control computer.
  • the ionization signal is analyzed in frequency, time and amplitude in order to detect information on the development of the combustion.
  • the result of the treatment and the comparison with a reference model is sent to the engine control computer in order to optimize the consumption and the emissions of the engine, that is to say the regulation of the combustion, for example by the control in return for the radiofrequency ignition system. It is therefore possible to implement a signal processing line (measurement, amplification, filtering, comparison) per cylinder. However, such a solution implies a relatively high cost.
  • each measurement device is specific, on the other hand, the amplification 20, filtering 30, analog-to-digital conversion and comparison 50 stages are generic, that is to say that the corresponding hardware devices (amplifier 2, filter 3, converter 4, ignition computer 5) can be shared for all the ionisation signals of an engine, which makes it possible in particular to simplify the implementation of the present solution and to reduce greatly the cost compared to a non-shared solution.
  • Each signal A, B, C, and D corresponds to the ionization signal on a respective cylinder, for a four-cylinder engine.
  • the signal E is the signal, in this case analogue, at the output of a multiplexer 7.
  • the duration of the acquisition on each input of the multiplexer 7 depends essentially on the number of cylinders. Indeed, on a 4-cylinder engine, a combustion lasts about 40 ° crankshaft and a spark lasts at most 45 ° crankshaft at high speed (6500 revolutions / min), ie useful information present over a minimum period of 85 ° crankshaft.
  • the inputs of the multiplexer 7 are connected to the outputs of the measuring devices 1.
  • the number of inputs is equal to the number of measuring devices 1, each input being connected to a respective measuring device.
  • the multiplexer 7 is controlled by a digital control signal 6 making it possible to select the input to be used and to transfer it to the output of the multiplexer.
  • Each input of the multiplexer 7 is selected for a duration equal to 720 ° / N, with ° the number of degrees crankshaft and N the number of cylinders of the engine.

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Abstract

L' invention concerne un essentiellement un système de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant au moins deux dispositifs (1) de mesure, chaque dispositif (1) de mesure étant configuré pour effectuer une mesure analogique du signal d'ionisation d'un cylindre respectif, un amplificateur (2) du signal d'ionisation mesuré, un dispositif (5) de comparaison du signal d'ionisation mesuré amplifié à un modèle de référence, et un multiplexeur (7) relié en entrée au dispositif de mesure (1) du signal d'ionisation, relié en sortie à l'amplificateur (2), et piloté par un signal de commande (6).

Description

SYSTEME DE CONTROLE DU FONCTIONNEMENT D ' UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne le contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile .
Le contrôle du fonctionnement d'un moteur, plus communément appelé contrôle moteur est un élément essentiel pour un véhicule automobile, que ce soit pour des raisons de consommation, de longévité ou de sécurité.
Il peut apparaître, dans certaines conditions, des combustions anormales destructives telles que le « rumble » ou le préallumage. De telles auto-inflammations peuvent apparaître avant la génération d'une étincelle ou lors de la phase d'échappement des gaz brûlés à la suite d'une combustion normale. Elles sont nocives pour un moteur et peuvent même conduire à la destruction de celui-ci.
Il existe de nombreuses techniques de contrôle moteur, plus ou moins dédiées à des fins particulières (consommation, longévité, sécurité...) .
La présente invention vise à permettre la mise à disposition d'un diagnostic nécessaire au contrôle optimal d'un moteur à combustion interne, notamment par la détection de ratés de combustion ou de combustion anormale, la détection de cliquetis, etc.
Elle vise essentiellement les moteurs à combustion interne équipés d'un système d'allumage radiofréquence, et la mesure du signal d'ionisation. Le signal d'ionisation est une image électrique du développement en temps réel de la combustion. La mesure du signal d' ionisation consiste à appliquer une tension continue entre la pointe de la bougie d'allumage radiofréquence d'un cylindre donné et la masse moteur, et à mesurer la valeur du courant induit par la combustion. L'évolution du courant, c'est-à-dire du signal correspondant, permet de diagnostiquer la combustion.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses objets un système de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant :
- Au moins deux dispositifs de mesure, chaque dispositif de mesure étant configuré pour effectuer une mesure analogique du signal d'ionisation d'un cylindre respectif,
Un amplificateur du signal d'ionisation mesuré, - Un dispositif de comparaison du signal d'ionisation mesuré amplifié à un modèle de référence, et
Un multiplexeur relié en entrée au dispositif de mesure du signal d' ionisation, relié en sortie à l'amplificateur, et piloté par un signal de commande.
Grâce au multiplexeur de l'invention, il est possible de mutualiser les étages de mise en forme et d'exploitation (amplification, comparaison...) du signal d'ionisation, ce qui réduit fortement les coûts.
De préférence, l'amplificateur est à gain variable, dont le gain est défini par un microcontrôleur . La valeur du gain est déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur. Il dépend entre autres du régime de rotation du moteur et de la charge du moteur.
Avantageusement, le système comprend en outre un filtre passe-bas pour filtrer le signal analogique éventuellement amplifié.
De préférence, le filtre passe-bas est un filtre passif d'ordre 2, de fréquence de coupure F = 25 kHz.
Avantageusement, le système comprend en outre un convertisseur analogique-numérique pour convertir le signal d'ionisation mesuré amplifié en un signal numérique. Avantageusement, le dispositif de comparaison comprend un calculateur (par exemple un microcontrôleur, un microprocesseur, un réseau de portes logiques) relié à un calculateur de contrôle moteur du véhicule. Avantageusement, le dispositif de mesure analogique du signal d'ionisation est relié en entrée à chaque cylindre du moteur ou à chaque étage de sortie de puissance du système d'allumage, et relié en sortie au multiplexeur. De préférence, la fréquence d'acquisition du convertisseur analogique-numérique est de 50 kHz.
Avantageusement, le signal de commande est issu d'un module de commande configuré pour sélectionner chaque entrée du multiplexeur pendant une durée égale à 720°/N, avec ° le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne également un procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, susceptible d'être mis en œuvre par le système selon l'invention, le procédé comprenant des étapes consistant à :
Mesurer la valeur du signal d' ionisation de chaque cylindre,
Transmettre la valeur de chaque signal d'ionisation en entrée d'un multiplexeur,
Sélectionner chaque entrée du multiplexeur pendant une durée égale à 720°/N, avec le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur,
Amplifier le signal d'ionisation mesuré, et - Comparer une valeur du signal mesuré à une référence .
Dans un mode de réalisation, on prévoit en outre une étape de régulation de la combustion en fonction du résultat de la comparaison et de traitements divers du signal d'ionisation.
Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape consistant à filtrer le signal d'ionisation.
Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape consistant à convertir le signal d' ionisation analogique en un signal numérique. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne également un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
De préférence, les bougies du moteur ont un indice thermique garantissant l'absence de pré-allumage dans des conditions d'utilisation normales du moteur. En éliminant les combustions anormales se produisant avant l'étincelle ou en phase d'échappement, il est ainsi possible de réduire la durée de l'acquisition du signal d'ionisation sur un cylindre donné afin de ne conserver que le signal utile.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
la figure 1 illustre un mode de réalisation du système selon l'invention sur un moteur à combustion interne équipé de 4 cylindres,
- la figure 2 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention, et
la figure 3 illustre le fonctionnement du système selon l'invention sur un moteur à combustion interne équipé de 4 cylindres.
Un mode de réalisation du système proposé est illustré figure 1 pour un moteur à combustion interne équipé de 4 cylindres.
Le système comprend quatre dispositifs de mesure 1, un par cylindre, chaque dispositif de mesure 1 étant configuré pour effectuer une mesure 10 analogique du signal d'ionisation d'un cylindre respectif, représentatif combustion dans chaque cylindre.
Chaque dispositif de mesure 1 est spécifique à l'ensemble sur lequel la mesure est effectuée.
Sur un moteur à allumage commandé chaque dispositif de mesure 1 permet de mesurer un faible signal en sortie du circuit -fort courant- générant l'étincelle.
Il est donc nécessaire d'utiliser un étage de mesure par cylindre moteur ou au moins un par circuit de puissance, pour permettre la mesure du signal d'ionisation. La mesure du signal d'ionisation consiste à convertir le courant de la combustion en tension en effectuant une mesure soit sur le bobinage secondaire de la bobine d'allumage pour un système d'allumage classique, soit en sortie de l'étage de puissance dans le cas d'un système d'allumage radiofréquence .
Le courant de la combustion correspondant au signal d'ionisation est très faible et a une plage importante de variation de l'amplitude compris typiquement entre 20μΑ et 500μΑ. Aussi est-il avantageux d'amplifier ce signal. L'amplification 20 peut être réalisée à titre d'illustration à l'aide d'un amplificateur 2 à gain variable dont le gain est défini numériquement par un microcontrôleur .
A ce stade, le signal d'ionisation, en particulier lorsqu'il est amplifié, risque d'être perturbé par des parasites hautes fréquences. Il est donc avantageux de mettre en œuvre une étape de filtrage 30 par un filtre 3 passe-bas afin d'éliminer ces parasites. A cet effet, il est possible d'utiliser par exemple un filtre passif d'ordre 2, de fréquence de coupure F = 25 kHz.
Cette étape de filtrage 30 permet également d'éviter le repliement du spectre fréquentiel après la conversion en signal numérique. En effet, il est avantageux de mettre en œuvre une étape consistant à convertir 40 le signal d'ionisation analogique en un signal numérique, par exemple à l'aide d'un convertisseur 4 analogique-numérique. Une fréquence d'acquisition de 50kHz convient pour assurer la détection du cliquetis, information correspondant à une oscillation comprise entre 5kHz et 15kHz.
Le signal d'ionisation (de préférence numérique) est alors comparé 50 à un modèle de référence par un dispositif de comparaison, comprenant un calculateur 5 dit calculateur d'allumage tel que par exemple un microcontrôleur, un microprocesseur, un réseau de portes logiques, etc. relié à un calculateur de contrôle moteur. Dans cette étape de comparaison 50, le signal d'ionisation est analysé en fréquence, en temps et en amplitude afin de détecter des informations sur le développement de la combustion. Le résultat du traitement et de la comparaison à un modèle de référence est envoyé au calculateur de contrôle moteur afin d'optimiser la consommation et les émissions du moteur, c'est-à-dire la régulation de la combustion, par exemple par le contrôle en retour du système d'allumage radiofréquence . Il est donc possible de mettre en œuvre une ligne de traitement de signal (mesure, amplification, filtrage, comparaison) par cylindre. Toutefois une telle solution implique un coût relativement élevé.
Or, si chaque dispositif de mesure est spécifique, en revanche les étapes d'amplification 20, de filtrage 30, de conversion 40 analogique-numérique et de comparaison 50 sont génériques, c'est-à-dire que les équipements matériels correspondants (amplificateur 2, filtre 3, convertisseur 4, calculateur d'allumage 5) peuvent être mutualisés pour l'ensemble des signaux d'ionisation d'un moteur, ce qui permet notamment de simplifier la mise en œuvre de la présente solution et d'en diminuer grandement le coût par rapport à une solution non mutualisée.
Le fonctionnement d'une solution mutualisée est illustrée en figure 3.
Chaque signal A, B, C, et D correspond au signal d'ionisation sur un cylindre respectif, pour un moteur à quatre cylindres. Le signal E est le signal, en l'espèce analogique, en sortie d'un multiplexeur 7.
La durée de l'acquisition sur chaque entrée du multiplexeur 7 dépend essentiellement du nombre de cylindres. En effet, sur un moteur à 4 cylindres, une combustion dure environ 40° vilebrequin et une étincelle dure au maximum 45° vilebrequin à haut régime (6500 tours/min) , soit une information utile présente sur une durée minimale de 85° vilebrequin.
Or un cycle moteur correspond à 2 tours moteur, soit 720° vilebrequin. Il est donc possible de réaliser 4 mesures successives de 5=180° vilebrequin chacune pour détecter l'étincelle et analyser une combustion complète, c'est-à-dire une durée δ égale à 720°/N, avec le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur.
Les entrées du multiplexeur 7 sont reliées aux sorties des dispositifs de mesure 1. De préférence, le nombre d'entrée est égale au nombre de dispositifs de mesure 1, chaque entrée étant reliée à un dispositif de mesure respectif.
Le multiplexeur 7 est piloté par un signal de commande numérique 6 permettant de sélectionner l'entrée à exploiter et de la reporter en sortie du multiplexeur. Chaque entrée du multiplexeur 7 est sélectionnée pendant une durée égale à 720°/N, avec ° le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant
- Au moins deux dispositifs (1) de mesure, chaque dispositif (1) de mesure étant configuré pour effectuer une mesure analogique du signal d'ionisation d'un cylindre respectif,
- Un amplificateur (2) du signal d'ionisation mesuré, - Un dispositif (5) de comparaison du signal d'ionisation mesuré amplifié à un modèle de référence, et
- Un multiplexeur (7) relié en entrée au dispositif de mesure (1) du signal d'ionisation, relié en sortie à l'amplificateur (2), et piloté par un signal de commande (6) .
2. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un filtre (3) passe-bas pour filtrer le signal analogique éventuellement amplifié.
3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un convertisseur (4) analogique-numérique pour convertir le signal d' ionisation mesuré amplifié en signal numérique.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de comparaison (5) comprend un calculateur d'allumage relié à un calculateur de contrôle moteur.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de mesure (1) analogique du signal d' ionisation est relié en entrée à chaque bobine-bougie d'allumage du moteur ou à chaque étage de sortie de puissance du système d'allumage et relié en sortie au multiplexeur (7) .
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal de commande (6) est issu d'un module de commande configuré pour sélectionner chaque entrée du multiplexeur pendant une durée égale à 720°/N, avec ° le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur.
7. Procédé de contrôle du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, susceptible d'être mis en œuvre par le système selon l'une quelconque des revendications précédentes,
le procédé comprenant des étapes consistant à :
Mesurer (10) la valeur du signal d'ionisation de chaque cylindre,
- Transmettre la valeur de chaque signal d'ionisation en entrée d'un multiplexeur,
Sélectionner chaque entrée du multiplexeur pendant une durée égale à 720°/N, avec ° le nombre de degrés vilebrequin et N le nombre de cylindres du moteur, - Amplifier (20) le signal d'ionisation mesuré, et
Comparer (50) une valeur du signal mesuré à une référence .
8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre une étape consistant à filtrer (30) le signal d'ionisation.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre une étape consistant à convertir (40) le signal d'ionisation analogique en un signal numérique.
10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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