WO2020002207A1 - Procédé de diagnostic d'une baisse d'étanchéité d'un cylindre de moteur à combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de diagnostic d'une baisse d'étanchéité d'un cylindre de moteur à combustion interne, comprenant les étapes suivantes : détection d'un arrêt du moteur, détermination d'au moins un cylindre fermé, mesure de la pression et calcul d'un indicateur de décroissance de la pression dans ledit au moins un cylindre, comparaison de l'indicateur avec un seuil; lorsque l'indicateur est supérieur au dit seuil, il est diagnostiqué une baisse d'étanchéité dans ledit au moins un cylindre et une alarme est déclenchée.

Description

Procédé de diagnostic d’une baisse d’étanchéité d’un cylindre de moteur à

combustion interne

La présente invention concerne de manière générale le domaine des moteurs à combustion interne. Elle vise en particulier un procédé de diagnostic d’une baisse d’étanchéité d’un cylindre d’un tel moteur.

L’étanchéité d’un cylindre de moteur à combustion interne est principalement assurée par au moins un segment annulaire et élastique disposé autour du piston et coulissant dans la chemise au niveau de l’interface piston/chemise. Elle est encore assurée par une bonne fermeture des soupapes. Elle dépend encore de la bonne fermeture des lumières du cylindre, telles que les passages d’éléments tels que bougie et/ou capteur(s). Tous ces éléments peuvent être amenés à devenir moins efficaces et à causer une baisse d’étanchéité.

Un moteur à combustion doit être suffisamment étanche de manière à conserver la pression dans le cylindre. L’étanchéité étant dynamique, il existe toujours une certaine fuite. Cependant pour le bon fonctionnement du moteur cette fuite doit rester minimale. Lorsqu’une baisse d’étanchéité se produit elle n’est pas détectable par le conducteur. Lorsque les effets d’une baisse d’étanchéité deviennent perceptibles, il est souvent trop tard, le moteur ayant subi des dommages irréversibles.

Une méthode connue pour mesurer une baisse d’étanchéité est de réaliser un test d’épreuve, à l’instar du test d’une bouteille ou d’un réservoir de gaz. Un tel test consiste à introduire un gaz sous pression dans un cylindre et à mesurer la baisse de pression dans le temps. L’introduction du gaz sous pression nécessite une lumière vers le cylindre. Pour cela le dispositif de test typiquement se monte à la place d’une bougie. Aussi un tel test ne peut s’effectuer que moteur à l’arrêt et en concession ou en usine. De plus, un tel test est malaisé à mettre en oeuvre ce qui réduit encore sa fréquence d’utilisation et donc l’efficacité du diagnostic.

Une autre méthode, brevetée par la demanderesse, utilise le signal issu du capteur CRK qui permet la mesure de la position angulaire du vilebrequin. Cette méthode est apte à être implantée sur le véhicule. Cependant le temps nécessaire à un diagnostic de baisse d’étanchéité est pénalisant. Ceci réserve cette méthode à une utilisation particulière, par exemple suite à une panne de capteur de pression, en concession ou en usine.

Aussi il est recherché une méthode simple à mettre en oeuvre, rapide et implantable sur le véhicule afin de permettre un diagnostic et le déclenchement d’une alarme au plus tôt.

Le procédé de diagnostic de baisse d’étanchéité de l’invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique antérieure et vise notamment à proposer un procédé de diagnostic de baisse d’étanchéité rapide, simple à mettre en oeuvre et implantable en permanence sur le véhicule.

Cet objectif est atteint grâce à un procédé de diagnostic d’une baisse d’étanchéité d’un cylindre de moteur à combustion interne, comprenant les étapes suivantes : détection d’un arrêt du moteur, détermination d’au moins un cylindre fermé, mesure de la pression et calcul d’un indicateur de décroissance de la pression dans ledit au moins un cylindre, et comparaison de l’indicateur de décroissance de la pression avec un seuil ; lorsque l’indicateur est supérieur au dit seuil, il est diagnostiqué une baisse d’étanchéité dans ledit au moins un cylindre et une alarme est déclenchée.

Selon une autre caractéristique, un arrêt moteur est détecté par une absence de front du capteur CRK.

Selon une autre caractéristique, la détermination qu’un cylindre est fermé comprend une mesure de la pression dans ledit cylindre et une vérification que la valeur de pression mesurée est supérieure à un seuil, préférentiellement égal à quelques bars, encore préférentiellement égal à 5 bars.

Selon une autre caractéristique, la détermination qu’un cylindre est fermé comprend une mesure de l’angle vilebrequin et une comparaison avec les intervalles angulaires pour lesquels le cylindre est fermé.

Selon une autre caractéristique, le seuil pour l’indicateur est déterminé par un calcul d’un indicateur de décroissance de la pression réalisé pour au moins un moteur neuf, augmenté d’une certaine tolérance, préférentiellement de 10%.

Selon une autre caractéristique, l’indicateur de décroissance est une estimation du ratio de la dérivée de la pression par rapport au temps rapporté à la pression : (dP / dt) / P.

Selon une autre caractéristique, le calcul d’un indicateur de décroissance de la pression comprend : mesure d’une première pression P1 à un premier instant t1 , mesure d’une deuxième pression P2 à un deuxième instant t2 ultérieur, l’indicateur est égal au taux de variation de la pression entre le premier instant et le deuxième instant rapporté à la pression moyenne, soit [(P2— P 1 ) / (t2 - 11 )] / [(P1 + P2) / 2]

Selon une autre caractéristique, la mesure d’une pression, comprend n acquisitions, préférentiellement à intervalles réguliers, encore préférentiellement avec une période d’acquisition de 1 ms, et une moyenne de ces n acquisitions, avec n compris entre 2 et 100, préférentiellement égal à 10, la mesure de pression étant égal à la moyenne.

Selon une autre caractéristique, le calcul d’un indicateur de décroissance de la pression comprend m calculs selon l’un quelconque des deux modes de réalisation précédents à des instants différents, une moyenne des résultats, l’indicateur étant égal à la moyenne.

Selon une autre caractéristique, le procédé comprend encore une étape de validation comprenant une vérification que la température du cylindre est suffisamment élevée.

Selon une autre caractéristique, le procédé comprend encore une étape de validation comprenant une vérification qu’au moins deux indicateurs sont calculés distant d’une durée suffisamment élevée, préférentiellement supérieure à quelques centaines de millisecondes.

Selon une autre caractéristique, le procédé comprend encore une étape de validation comprenant une vérification que les m indicateurs calculés sont sensiblement égaux.

D’autres caractéristiques et avantages innovants de l’invention ressortiront à la lecture de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 est un diagramme montrant les signaux de pression des cylindres d’un moteur à combustion interne,

- la figure 2 détaille la figure 1 et illustre le procédé selon l’invention,

- la figure 3 est un logigramme d’un mode de réalisation du procédé de diagnostic.

Afin de diagnostiquer une baisse d’étanchéité dans un cylindre de moteur à combustion interne, l’invention propose d’observer l’évolution de la pression à l’intérieur d’un cylindre dans une situation particulièrement avantageuse où le cylindre dont la pression est observée est fermé et lorsque ledit cylindre n’est pas soumis à d’autres efforts. Cette situation particulière est présente lorsque le moteur est arrêté.

La figure 1 illustre sur un diagramme, les pressions observées dans les cylindres d’un moteur. Les courbes C1 et C2 sont indicatives d’un moteur tournant. Il peut être observé les pics correspondant à l’explosion. La courbe C3 est indicative du procédé de diagnostic : à l’instant A le moteur s’arrête, modifiant la courbe qui ne présente plus la forme des courbes C1 et C2 précédentes. Une décroissance de pression est observée sur la courbe C3, correspondant à un cylindre fermé, dans la portion postérieure à l’arrêt moteur A. La figure 2 présente un zoom sur cette portion postérieure à A.

Tel qu’illustré à la figure 3, le procédé de diagnostic comprend les étapes suivantes : détection d’un arrêt du moteur MOTEUR STOP, détermination d’au moins un cylindre fermé DIAG OK, mesure de la pression P, calcul d’un indicateur de décroissance de la pression dans ledit au moins un cylindre DP / P, et comparaison de l’indicateur de décroissance de la pression avec un seuil S2. Lorsque l’indicateur de décroissance de la pression est supérieur à un seuil S2, il est alors diagnostiqué une baisse d’étanchéité dans ledit au moins un cylindre et une alarme est déclenchée.

Une impossibilité de réaliser le diagnostic DIAG NOK peut être obtenue si au moins une des conditions initiales DIAG OK et P > S1 n’est pas réalisée.

Une alarme est a minima un enregistrement d’un état dans la mémoire du calculateur véhicule. Un tel état peut être mis à profit lors d’une maintenance. Une alarme peut encore être un signal sonore ou lumineux (voyant au tableau de bord) indiquant le défaut au conducteur. Une alarme peut encore être une transmission par un moyen de communication au constructeur automobile.

La mesure de pression P est typiquement réalisée par un capteur de pression disposé de manière à mesurer une pression P à l’intérieur d’un cylindre. Un tel capteur peut être installé pour les besoins de l’invention. Cependant un capteur de pression est onéreux. Aussi l’invention réutilise-t-elle avantageusement un capteur de pression existant. Un tel capteur de pression est notamment utilisé par des contrôles moteurs de plus en plus précis en vue de réduire les émissions polluantes. Aussi la présence d’un capteur de pression concerne actuellement des moteurs haut de gamme mais ne manquera pas de se généraliser à mesure de l’augmentation de la sévérité des normes.

La situation de moteur arrêté est avantageuse en ce que le piston du cylindre dont la pression est observée ne subit aucun effort, par exemple en provenance du vilebrequin, ou encore d’explosion, pouvant influer sur l’évolution de la pression. L’évolution de la pression dans un tel cylindre fermé est alors décroissante. Cette décroissance est normalement limitée pour un cylindre fermé dont l’étanchéité est nominale. Elle est plus rapide pour un cylindre fermé dont l’étanchéité est dégradée.

Selon une caractéristique, un arrêt moteur est détecté par une absence de front du capteur CRK. Le capteur CRK, de « crank » ou vilebrequin en anglais, mesure la position angulaire du vilebrequin. Un tel capteur comprend typiquement une roue dentée solidaire du vilebrequin et un détecteur fixe disposé en regard de ladite roue dentée. Ce capteur voit et compte des fronts de dent lorsque la roue dentée et le vilebrequin tournent. Une absence de front est donc indicative d’un vilebrequin ne tournant pas/plus et donc d’un moteur arrêté.

Un arrêt moteur peut être volontaire. Dans ce cas la commande du conducteur ou coupure du contact permet d’annoncer un peu à l’avance l’arrêt du moteur. Ceci est le cas d’usage le plus courant.

Un arrêt moteur peut encore être involontaire, en cas de calage moteur. Bien que moins fréquent, ce cas peut être mis à profit par l’invention. Pour que l’évolution de la mesure de pression, et donc le diagnostic, soit probants, il convient que le cylindre soit fermé. Un cylindre est ici dit fermé en ce que toutes ses soupapes sont fermées.

Selon un premier mode de réalisation, la détermination qu’un cylindre est fermé est réalisée par une mesure de pression. Cette mesure de pression est réalisée après l’arrêt moteur. Une pression nettement supérieure à la pression atmosphérique est alors indicative d’une fermeture du cylindre. Aussi il peut être vérifié que la pression mesurée est supérieure à un seuil S1 , préférentiellement égal à quelques bars, encore préférentiellement égal à 5 bars.

Un tel test de pression minimale est encore avantageux en ce qu’il permet aussi de vérifier que le résultat du diagnostic effectué sera probant. En effet l’observation de la décroissance de pression est d’autant plus fiable que la pression initiale, au début de l’observation, est élevée.

Selon un deuxième mode de réalisation, la détermination qu’un cylindre est fermé est réalisée à partir d’une mesure de l’angle vilebrequin en comparant cette mesure d’angle avec les intervalles angulaires pour lesquels le cylindre considéré est fermé.

L’intervalle angulaire où un cylindre est fermé correspond sensiblement à la phase de compression pour ledit cylindre. Ceci garantit que la pression observée à l’intérieur du cylindre est importante, pour peu que l’arrêt ne se produise pas en tout début de phase.

Pour un moteur typique à quatre cylindres, lors d’un arrêt moteur, au plus un cylindre est en phase de compression et présente une chance d’être fermé. Statistiquement, il est possible que lors d’un arrêt moteur aucun cylindre ne soit fermé. Cependant dans la pratique, il apparaît que toutes les positions angulaires ne sont pas équiprobables au regard de l’arrêt et qu’un moteur s’arrête préférentiellement à mi-chemin entre le point mort haut et le point mort bas. Aussi lors d’un arrêt moteur, le plus souvent, un cylindre est fermé.

Pour peu qu’un cylindre fermé comporte un capteur de pression, le procédé de diagnostic peut être appliqué. Il est ainsi possible de réaliser le diagnostic d’au plus un cylindre à chaque arrêt moteur. D’un arrêt moteur à l’autre, le cylindre fermé varie et statistiquement, sur plusieurs arrêts moteur, tous les cylindres peuvent être trouvés fermés et donc être diagnostiqués, permettant ainsi de diagnostiquer tous les cylindres d’un moteur.

Dans le cas d’un moteur à plus de quatre cylindres, il est possible d’avoir plusieurs cylindres simultanément fermés et de pouvoir réaliser simultanément plusieurs diagnostics. L’indicateur de décroissance de la pression dans ledit au moins un cylindre est comparé avec un seuil S2. Selon un mode de réalisation, ce seuil S2 peut être déterminé en mesurant et/ou calculant un indicateur de décroissance de la pression sur un moteur neuf. Cette détermination, réalisée sur un moteur neuf, par exemple en sortie de chaîne, est alors indicative d’une étanchéité correcte ou nominale. Afin de fiabiliser la valeur dudit seuil S2, la mesure est avantageusement répétée sur une pluralité de moteurs. Le seuil est alors la moyenne des valeurs obtenues.

Si ledit indicateur est une fonction croissante de la variable baisse d’étanchéité, une détermination d’un indicateur supérieur au seuil S2 est indicative d’une baisse d’étanchéité. Le raisonnement serait inverse avec un indicateur fonction décroissante de la baisse d’étanchéité. Afin d’éviter les faux diagnostics, le seuil S2 est avantageusement assorti d’une certaine tolérance. Cette tolérance est préférentiellement de 10%.

L’indicateur de décroissance de la pression peut être toute fonction de la pression indicative de la décroissance. Cependant, il a pu être constaté que la décroissance de pression dans un cylindre fermé obéit à une loi de la forme (dP / dt) / P = constante, où dP / dt est la dérivée de la pression par rapport au temps et P est la pression. Aussi un indicateur de décroissance avantageux est une estimation du ratio de la dérivée de la pression par rapport au temps rapporté à la pression (dP / dt) / P, notée DP / P en abrégé à la figure 3.

En référence avec la figure 2, va maintenant être détaillé un mode de calcul d’une telle estimation. La dérivée par rapport au temps est estimée par le taux de variation. Pour cela il est mesuré une première pression P1 à un premier instant t1 , et une deuxième pression P2 à un deuxième instant t2 ultérieur. Il est ensuite calculé le taux de variation entre ces deux valeurs, soit (P2 - P1 ) / (t2 - 11 ). Le rapport à la pression est ensuite obtenu en divisant par la pression, en retenant la valeur moyenne, soit la demie- somme : (P1 + P2) / 2. La formule finale est ainsi [(P2 - P1 ) / (t2 - 11 )] / [(P1 + P2) / 2]

Selon un mode de réalisation optionnel, si la durée de l’intervalle entre t1 et t2 est avantageusement prise constante, l’expression peut être simplifiée en supprimant le temps. Il convient d’adapter le seuil en conséquence en supprimant aussi le temps.

Comme il peut être observé sur les figures, le signal de pression C3 est relativement bruité. Aussi, afin de s’affranchir dudit bruit, une mesure de pression comprend avantageusement les étapes suivantes : réalisation de n acquisitions, moyenne de ces n acquisitions, et le résultat de cette moyenne est affecté à la mesure de pression. Les acquisitions sont préférentiellement réalisées à intervalles réguliers et encore préférentiellement selon une période d’acquisition de 1 ms. Le nombre d’acquisitions moyennées est avantageusement compris entre 2 et 100, et préférentiellement égal à 10. Avantageusement si une des n valeurs est trop éloignée de la moyenne elle peut être retirée préalablement au calcul de moyenne.

Toujours dans le but de s’affranchir du bruit et/ou des erreurs de mesure, le calcul d’un indicateur de décroissance de la pression est avantageusement sécurisé en le répétant plusieurs fois et en considérant comme indicateur final, à comparer au seuil d’acceptation, la moyenne des indicateurs. Ainsi, comme illustré à la figure 2, le calcul d’un premier indicateur à partir des pressions P1 , P2 est avantageusement réitéré à partir d’autres couples de pressions, tels que P3, P4 mesurés respectivement aux instants t3 et t4. Ceci est avantageusement réitéré m fois. Une moyenne est réalisée sur la base des m valeurs. Avantageusement si une des m valeurs est trop éloignée de la moyenne elle peut être retirée préalablement au calcul de moyenne.

Afin de robustifier le diagnostic, il peut être procédé à une ou plusieurs des validations suivantes (DIAG OK ?). Si la condition testée n’est pas vérifiée, aucun diagnostic n’est produit DIAG NOK.

Selon une première validation, il est vérifié que la température du cylindre est suffisamment élevée. Ceci garantit que certaines hypothèses thermodynamiques, telle que la loi de décroissance, sont vérifiées. La température du cylindre peut par exemple être observée en mesurant une température dans le circuit de refroidissement, cette température étant indicative de la température du cylindre.

Selon une autre validation, il est vérifié que l’indicateur est calculé au moins deux fois, durant une même décroissance de la pression, soit suite à un même arrêt moteur, les deux occurrences étant distantes d’une durée suffisamment élevée. Ceci permet de s’assurer que la décroissance observée dure assez longtemps pour être significative. Une durée minimale est préférentiellement supérieure à quelques centaines de millisecondes.

Selon une autre validation, il est vérifié que les m indicateurs calculés sont sensiblement égaux. En effet il a été vu que (dP / dt) / P devait être constant. L’indicateur, étant une estimation de (dP / dt) / P, doit être sensiblement constant au cours d’une même décroissance de la pression, soit suite à un même arrêt moteur.

L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention, en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de diagnostic d’une baisse d’étanchéité d’un cylindre de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :

• détection d’un arrêt du moteur,

• détermination d’au moins un cylindre fermé,

• mesure de la pression et calcul d’un indicateur de décroissance de la pression dans ledit au moins un cylindre, et

• comparaison dudit indicateur de décroissance de la pression avec un seuil ; lorsque l’indicateur de décroissance de la pression est supérieur au dit seuil, il est diagnostiqué une baisse d’étanchéité dans ledit au moins un cylindre et une alarme est déclenchée.

2. Procédé selon la revendication 1 , où un arrêt moteur est détecté par une absence de front du capteur CRK.

3. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où la détermination qu’un cylindre est fermé comprend une mesure de la pression dans ledit cylindre et une vérification que la valeur de pression mesurée est supérieure à un seuil, préférentiellement égal à quelques bars, encore préférentiellement égal à 5 bars.

4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où la détermination qu’un cylindre est fermé comprend une mesure de l’angle vilebrequin et une comparaison avec les intervalles angulaires pour lesquels le cylindre est fermé.

5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, où ledit seuil pour l’indicateur de décroissance de la pression est déterminé par un calcul d’un indicateur de décroissance de la pression réalisé pour au moins un moteur neuf, augmenté d’une certaine tolérance, préférentiellement de 10%.

6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, où l’indicateur de décroissance de la pression est une estimation du ratio de la dérivée de la pression par rapport au temps rapporté à la pression : (dP / dt) / P.

7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, où le calcul d’un indicateur de décroissance de la pression comprend :

• mesure d’une première pression P1 à un premier instant t1 ,

• mesure d’une deuxième pression P2 à un deuxième instant t2 ultérieur,

• l’indicateur est égal au taux de variation de la pression entre le premier instant et le deuxième instant rapporté à la pression moyenne, soit :

[(P2 - P1 ) / (t2 - 11 )] / [(P1 + P2) / 2]

8. Procédé selon la revendication 7, où la mesure d’une pression, comprend n acquisitions, préférentiellement à intervalles réguliers, encore préférentiellement avec une période d’acquisition de 1 ms, et une moyenne de ces n acquisitions, avec n compris entre 2 et 100, préférentiellement égal à 10, la mesure de pression étant égal à la moyenne.

9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, où le calcul d’un indicateur de décroissance de la pression comprend m calculs selon la revendication 7 ou 8 à des instants différents, une moyenne des résultats, l’indicateur étant égal à la moyenne.

10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant encore une étape de validation comprenant une vérification que la température du cylindre est suffisamment élevée.

11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 ou 10, comprenant encore une étape de validation comprenant une vérification qu’au moins deux indicateurs sont calculés distant d’une durée suffisamment élevée, préférentiellement supérieure à quelques centaines de millisecondes.

12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 , comprenant encore une étape de validation comprenant une vérification que les m indicateurs calculés sont sensiblement égaux.