FR2762390A1

FR2762390A1 - System for analysing the combustion operation of an automobile

Info

Publication number: FR2762390A1
Application number: FR9704775A
Authority: FR
Inventors: Francois Garnier; Bernard Baligand; Bernard Garnier; Alain Haupais
Original assignee: Automobiles Peugeot SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-10-23
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: FR2762390B1

Abstract

The method includes the following stages (10 to 15), (10) sampling the engine vibrations, (11) filtering the sampled vibration signals and extracting from them a frequency band corresponding to the engines combustion noise. The next step (12) includes integrating the extracted filtered signals, and (13) from the integrated signals isolating the parts corresponding to the different engine combustion sequence. The next step includes (14) determining for each engine cylinder, a characteristic value by statistical analysis of the part of the corresponding signal. The next step includes (15) analysing this characteristic value to determine the combustion operation of the engine.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'analyse du fonctionnement de la combustion d'un moteur de véhicule automobile. The present invention relates to a method and a device for analyzing the combustion operation of a motor vehicle engine.

On connaît déjà dans l'état de la technique, des procédés et des dispositifs d'analyse de ce type, dans lesquels on utilise par exemple des capteurs de pression de combustion disposés dans les chambres de combustion du moteur, des microphones ou encore des capteurs de vibrations, pour délivrer à des moyens d'analyse, un signal de bruit de fonctionnement du moteur. Methods and analysis devices of this type are already known in the state of the art, in which, for example, combustion pressure sensors used in the combustion chambers of the engine, microphones or even sensors are used. of vibrations, to deliver to engine analysis means, an engine operating noise signal.

Les résultats délivrés par ces moyens d'analyse sont ensuite soumis à l'appréciation d'experts motoristes acousticiens pour contrôler le fonctionnement du moteur et en tirer des conclusions concernant le fonctionnement de celui-ci et éventuellement les améliorations possibles à apporter aux réglages de celui-ci afin d'obtenir un fonctionnement optimal de ce moteur. The results delivered by these means of analysis are then submitted to the appreciation of expert acoustic engine manufacturers to control the operation of the engine and draw conclusions concerning the operation of the latter and possibly the possible improvements to be made to the settings of the latter. -this to obtain optimal operation of this engine.

Cependant, ces procédés et dispositifs connus présentent un certain nombre d'inconvénients car ils sont relativement longs et complexes à mettre en oeuvre dans la mesure où ils font intervenir des experts et nécessitent des conditions opératoires extrêmement particulières ou donnent une indication peu fiable lorsqu'ils sont faciles de mise en oeuvre. However, these known methods and devices have a certain number of drawbacks because they are relatively long and complex to implement insofar as they involve experts and require extremely specific operating conditions or give an unreliable indication when are easy to implement.

Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. The object of the invention is therefore to solve these problems.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'analyse du fonctionnement de la combustion d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes
a) on relève les vibrations de fonctionnement du moteur;
b) on filtre le signal de vibrations relevé pour en extraire un signal dans une bande de fréquences correspondant au bruit de combustion du moteur;
c) on intègre le signal filtré extrait;
d) on isole dans le signal intégré, les portions correspondant aux combustions des différents cylindres du moteur;
e) on détermine pour chaque cylindre du moteur, une valeur caractéristique par analyse statistique de la portion de signal correspondante; et
f) on analyse cette valeur caractéristique pour analyser le fonctionnement de la combustion du moteur.To this end, the subject of the invention is a method for analyzing the operation of the combustion of a motor vehicle engine, characterized in that it comprises the following steps
a) the engine operating vibrations are noted;
b) the detected vibration signal is filtered to extract a signal therefrom in a frequency band corresponding to the combustion noise of the engine;
c) integrating the filtered filtered signal;
d) the portions corresponding to the combustions of the different cylinders of the engine are isolated in the integrated signal;
e) a characteristic value is determined for each cylinder of the engine by statistical analysis of the corresponding signal portion; and
f) this characteristic value is analyzed to analyze the operation of the combustion of the engine.

Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un dispositif d'analyse pour la mise en oeuvre de ce procédé. According to another aspect, the invention also relates to an analysis device for the implementation of this method.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la Fig.l représente un schéma synoptique illustrant l'implantation d'un dispositif d'analyse selon l'invention;
- la Fig.2 représente un organigramme illustrant un procédé d'analyse selon l'invention; et
- la Fig.3 illustre différentes analyses possibles a partir d'un tel procédé et d'un tel dispositif.The invention will be better understood with the aid of the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings, in which
- Fig.l shows a block diagram illustrating the installation of an analysis device according to the invention;
- Fig.2 shows a flowchart illustrating an analysis method according to the invention; and
- Fig.3 illustrates different possible analyzes from such a method and such a device.

Ce procédé et ce dispositif d'analyse du fonctionnement de la combustion d'un moteur de véhicule automobile peuvent s'appliquer à un moteur de type Diesel ou à un moteur à essence. This method and this device for analyzing the combustion operation of a motor vehicle engine can be applied to a diesel type engine or to a gasoline engine.

Cependant, les moteurs à essence sont beaucoup moins bruyants que les moteurs Diesel, de sorte que le problème de l'analyse de leur bruit de combustion se révèle moins critique que celui de l'analyse du bruit de combustion des moteurs Diesel et en particulier des moteurs
Diesel à injection directe, qui ont tendance å être plus bruyants que les moteurs Diesel dits classiques.However, petrol engines are much quieter than diesel engines, so that the problem of analyzing their combustion noise is less critical than that of analyzing the combustion noise of diesel engines and in particular motors
Direct injection diesel, which tend to be noisier than so-called conventional diesel engines.

Un tel moteur est désigné par la référence générale 1 sur la figure 1 et est associé à des moyens de relevé des vibrations de fonctionnement de celui-ci, ces moyens de relevé de vibrations comprenant par exemple au moins un et par exemple deux capteurs tels que des accéléromètres désignés par les références générales 2 et 3 sur cette figure. Such an engine is designated by the general reference 1 in FIG. 1 and is associated with means for recording the operating vibrations of the latter, these vibration recording means comprising for example at least one and for example two sensors such as accelerometers designated by general references 2 and 3 in this figure.

Ces capteurs de vibrations permettent donc de relever un signal de vibrations de fonctionnement du moteur, et sont disposés par exemple sur l'enveloppe du moteur en regard des cylindres du moteur. These vibration sensors therefore make it possible to take up a signal for vibration of the engine operating, and are arranged for example on the casing of the engine opposite the cylinders of the engine.

C'est ainsi par exemple que dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, l'un de ces accéléromètres peut être disposé entre les cylindres n0 l et 2 du moteur, tandis que l'autre accéléromètre 3, peut être disposé entre les cylindres n*3 et 4 de celui-ci. Thus, for example, in the case of a four-cylinder engine, one of these accelerometers can be placed between the cylinders Nos. 1 and 2 of the engine, while the other accelerometer 3, can be placed between the cylinders # 3 and 4 of it.

Il va de soi bien entendu que d'autres dispositions et d'autres moyens peuvent être envisagés. It goes without saying of course that other arrangements and other means can be envisaged.

La sortie de ces accéléromètres est reliée à un calculateur désigné par la référence générale 4 sur ces figures, ce calculateur comportant une unité centrale de traitement de données désignée par la référence générale 5, associée de façon classique à des moyens de stockage et/ou de visualisation des données, désignés par la référence générale 6, ce calculateur étant adapté pour analyser le fonctionnement de la combustion du moteur. The output of these accelerometers is connected to a computer designated by the general reference 4 in these figures, this computer comprising a central data processing unit designated by the general reference 5, conventionally associated with storage and / or storage means. display of the data, designated by the general reference 6, this computer being adapted to analyze the operation of the combustion of the engine.

C'est ainsi par exemple que ce calculateur peut être programmé pour mettre en oeuvre le procédé d'analyse selon l'invention, qui est décrit en regard de la figure 2. Thus, for example, this computer can be programmed to implement the analysis method according to the invention, which is described with reference to FIG. 2.

En effet, la première étape du procédé d'analyse selon l'invention, consiste comme cela a été indiqué précédemment, à relever les vibrations de fonctionnement du moteur lors d'une étape désignée par la référence générale 10 sur cette figure 2. In fact, the first step of the analysis method according to the invention consists, as indicated above, in recording the operating vibrations of the engine during a step designated by the general reference 10 in this FIG. 2.

Comme cela a été indiqué précédemment, ce relevé peut être assuré par l'intermédiaire d'accéléromètres placés sur le moteur. As indicated above, this reading can be ensured by means of accelerometers placed on the engine.

Ensuite, lors d'une étape 11, on réalise un filtrage du signal de vibrations relevé pour en extraire un signal dans une bande de fréquences correspondant au bruit de combustion du moteur. Then, during a step 11, filtering of the detected vibration signal is carried out in order to extract a signal therefrom in a frequency band corresponding to the combustion noise of the engine.

Cette bande de fréquences est déterminée expérimentalement pour isoler les claquements de combustion du moteur en fonction des caractéristiques de celui-ci. This frequency band is determined experimentally to isolate the combustion slaps of the engine according to the characteristics of the latter.

C'est ainsi par exemple que dans le cas d'un moteur à injection indirecte, une bande de fréquences s'étendant entre 1500 et 3500 Hertz peut être utilisée, tandis que dans le cas d'un moteur à injection directe, une bande de fréquences s'étendant entre 1500 et 4500 Hertz peut être utilisée, les moteurs à injection directe ayant une bande de fréquence plus large que les moteurs à injection indirecte. For example, in the case of an indirect injection engine, a frequency band between 1500 and 3500 Hertz can be used, while in the case of a direct injection engine, a band of frequencies between 1500 and 4500 Hertz can be used, direct injection engines having a wider frequency band than indirect injection engines.

Cette étape de filtrage permet d'éliminer les bruits dits mécaniques du moteur, c'est- & -dire ceux provenant par exemple des chocs de pistons, des bruits de courroies, des bruits d'accessoires, etc... du moteur. This filtering step makes it possible to eliminate so-called mechanical noise from the engine, that is to say those originating, for example, from piston shocks, noise from belts, noise from accessories, etc. of the engine.

On supprime alors lors de cette étape de filtrage les bruits ne provenant pas de la combustion du moteur. Noises that do not come from the combustion of the engine are then eliminated during this filtering step.

Après cette étape de filtrage, on intègre le signal filtré extrait lors de l'étape 12. Ceci permet alors de passer d'une grandeur vibratoire à une grandeur homogène & une pression. After this filtering step, the filtered signal extracted during step 12 is integrated. This then makes it possible to go from a vibratory quantity to a homogeneous quantity & a pressure.

Après cette étape d'intégration, on passe à une étape 13 d'isolation dans le signal intégré, des portions de signal correspondant aux combustions dans les différents cylindres du moteur. After this integration step, we pass to a step 13 of isolating in the integrated signal, signal portions corresponding to the combustions in the different cylinders of the engine.

Ceci permet alors d'isoler le motif de signal lié à la combustion dans chaque cylindre du moteur. This then isolates the signal pattern related to combustion in each cylinder of the engine.

Ceci peut par exemple être réalisé par référence à la position d'un arbre à came du moteur, en déclenchant par exemple l'émission d'un signal d'initialisation au début de chaque cycle de combustion, puis en divisant le signal en parties égales pour isoler dans celui-ci, les différentes portions de signal correspondant aux différents cylindres de ce moteur, comme on peut le voir sur la figure 3. This can for example be achieved by reference to the position of a camshaft of the engine, for example by triggering the emission of an initialization signal at the start of each combustion cycle, then by dividing the signal into equal parts to isolate therein the different signal portions corresponding to the different cylinders of this engine, as can be seen in FIG. 3.

Après cette étape d'isolation, on détermine en 14 pour chaque cylindre du moteur, une valeur caractéristique par analyse statistique de la portion de signal correspondante. After this isolation step, a characteristic value is determined at 14 for each cylinder of the engine by statistical analysis of the corresponding signal portion.

Chaque portion de signal est alors exploitée comme une distribution statistique, ce qui permet d'extraire pour chaque cylindre du moteur ou pour le moteur, comme cela sera décrit plus en détail par la suite, une valeur caractéristique. Each signal portion is then used as a statistical distribution, which makes it possible to extract for each cylinder of the engine or for the engine, as will be described in more detail below, a characteristic value.

C'est ainsi par exemple que cette valeur caractéristique peut être égale à la moyenne de la valeur moyenne quadratique des portions de signal correspondantes sur plusieurs cycles de fonctionnement du cylindre considéré. Thus, for example, this characteristic value can be equal to the average of the quadratic mean value of the corresponding signal portions over several operating cycles of the cylinder considered.

Ensuite, on analyse lors d'une étape 15, cette valeur caractéristique pour analyser le fonctionnement du moteur. Then, in a step 15, this characteristic value is analyzed to analyze the operation of the engine.

C'est ainsi par exemple que cette étape 15 d'analyse, peut consister en outre à déterminer à partir de la valeur caractéristique déterminée lors de l'étape 14, une note subjective de bruit de fonctionnement de chaque cylindre du moteur. Thus, for example, this analysis step 15 can also consist in determining from the characteristic value determined during step 14, a subjective note of operating noise of each cylinder of the engine.

Cette note de bruit de fonctionnement pour un point de fonctionnement donné du moteur, en régime et en charge notamment, peut être déterminée par la relation
N = T [Ai + Bi ln (XI-YI)I où i représente le numéro du cylindre considéré
N représente la note de bruit,
Ai, Bi et Yi sont des coefficients déterminés expérimentalement par apprentissage pour le moteur et le point de fonctionnement donné (régime) de celui-ci, et
Xi est la valeur caractéristique correspondante du cylindre considéré. This operating noise rating for a given operating point of the engine, in particular at speed and under load, can be determined by the relation
N = T [Ai + Bi ln (XI-YI) I where i represents the number of the cylinder considered
N represents the noise note,
Ai, Bi and Yi are coefficients determined experimentally by learning for the engine and the given operating point (speed) thereof, and
Xi is the corresponding characteristic value of the cylinder considered.

On conçoit alors que, pour chaque cycle de fonctionnement du moteur, on dispose d'une valeur caractéristique pour chaque cylindre de celui-ci. It can therefore be seen that, for each engine operating cycle, there is a characteristic value for each cylinder thereof.

Ceci permet alors d'obtenir une note de bruit de fonctionnement de chaque cylindre du moteur, ces notes pouvant par exemple s'étendre sur une échelle allant de O à 10, la note 0 correspondant à un bruit de fonctionnement très désagréable et la note 10 correspondant à un bruit de fonctionnement très agréable du moteur. This then makes it possible to obtain a note of operating noise of each cylinder of the engine, these notes being able for example to extend on a scale going from 0 to 10, the note 0 corresponding to a very unpleasant operating noise and the note 10 corresponding to a very pleasant engine operating noise.

On conçoit alors que ces notes subjectives ne correspondent pas à une mesure objective en Décibels du bruit de fonctionnement du moteur. It is therefore understandable that these subjective notes do not correspond to an objective measurement in decibels of the engine operating noise.

En effet, un bruit fort mais régulier peut être plus agréable à l'oreille qu'un bruit faible dans lequel intervient de temps en temps, un claquement dQ à un cylindre par exemple. Indeed, a strong but regular noise can be more pleasant to the ear than a weak noise in which intervenes from time to time, a snap dQ to a cylinder for example.

Une telle analyse peut alors être utilisée par des experts motoristes pour agir par exemple sur les réglages du moteur afin d'en améliorer les caractéristiques de fonctionnement. Such an analysis can then be used by engine experts to act, for example, on the settings of the engine in order to improve its operating characteristics.

Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, les coefficients A et B peuvent être déterminés expérimentalement par exemple å partir des enseignements délivrés par des experts motoristes acousticiens, lors d'une phase d'étalonnage du procédé. As indicated above, the coefficients A and B can be determined experimentally, for example from the lessons delivered by expert acoustical engine manufacturers, during a process calibration phase.

Le coefficient Y caractéristique du bruit sans combustion, dépendant du régime, peut quant à lui être déterminé expérimentalement en faisant fonctionner le moteur de façon entraînée, c'est-à-dire sans combustion. The coefficient Y characteristic of the noise without combustion, depending on the speed, can be determined experimentally by operating the engine in a driven manner, that is to say without combustion.

Ce coefficient peut par exemple être déterminé en entrainant le moteur dont il y a lieu d'analyser le fonctionnement de la combustion par un moteur électrique, de manière à permettre un relevé des bruits autres que celui de combustion de celui-ci. This coefficient can for example be determined by driving the engine, the combustion operation of which must be analyzed by an electric motor, so as to allow a recording of noises other than that of combustion thereof.

Ceci permet d'éliminer tous les bruits de fond subsistant dans la bande de fréquences sélectionnée. This eliminates all background noise remaining in the selected frequency band.

Les différentes analyses envisagées sont illustrées sur la figure 3, sur laquelle on reconnut en 20, le signal de vibrations relevé de fonctionnement du moteur, qui, après passage dans le calculateur 4 décrit précédemment, permet par exemple d'obtenir une note subjective de bruit de fonctionnement du moteur, comme cela est illustré en 21. The various analyzes envisaged are illustrated in FIG. 3, in which we recognize at 20, the vibration signal recorded during engine operation, which, after passing through the computer 4 described above, allows for example to obtain a subjective noise score the engine, as shown in 21.

I1 va de soi bien entendu que des exploitations différentes des résultats obtenus lors des étapes décrites précédemment, peuvent être envisagées. It goes without saying of course that different uses of the results obtained during the steps described above can be envisaged.

C'est ainsi par exemple que l'analyse de l'étape 15 peut également consister à analyser cycle de fonctionnement par cycle de fonctionnement de chaque cylindre du moteur, l'évolution de la valeur caractéristique correspondante, pour contrôler la stabilité de combustion pour chaque cylindre du moteur, comme cela est illustré en 22, sur cette figure 3. Thus, for example, the analysis in step 15 can also consist in analyzing the operating cycle by operating cycle of each cylinder of the engine, the evolution of the corresponding characteristic value, to control the combustion stability for each engine cylinder, as illustrated in 22, in this figure 3.

De plus, il est également possible d'analyser, cylindre du moteur par cylindre du moteur pour chaque cycle de fonctionnement de celui-ci, les valeurs caractéristiques relatives å ces cylindres pour contrôler la dispersion de combustion de ces cylindres, comme cela est illustré en 23 sur cette figure 3. In addition, it is also possible to analyze, engine cylinder by engine cylinder for each operating cycle of the latter, the characteristic values relating to these cylinders to control the combustion dispersion of these cylinders, as illustrated in 23 in this figure 3.

On conçoit alors que le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits permettent de caractériser, de manière non intrusive et peu coûteuse, en n'utilisant que deux accéléromètres et un calculateur, la combustion d'un moteur, notamment Diesel. It will therefore be appreciated that the process and the device which have just been described make it possible to characterize, in a non-intrusive and inexpensive manner, by using only two accelerometers and a computer, the combustion of an engine, in particular Diesel.

Les résultats obtenus après analyse, permettent d'obtenir une notation subjective du bruit de combustion du moteur en moyenne ou en temps réel, un contrôle de la stabilité de combustion cycle par cycle et un contrôle de la dispersion de combustion cylindre par cylindre du moteur. The results obtained after analysis make it possible to obtain a subjective rating of the engine combustion noise on average or in real time, a control of the combustion stability cycle by cycle and a control of the combustion dispersion cylinder by cylinder of the engine.

Ceci permet alors également d'assurer une détection de défaut de fonctionnement du moteur, ce qui permet de compléter les analyses réalisées précédemment dans l'état de la technique au niveau de la consommation et de la dépollution des moteurs. This then also makes it possible to ensure detection of an engine malfunction, which makes it possible to complete the analyzes carried out previously in the state of the art in terms of consumption and depollution of the engines.

Ce procédé et ce dispositif peuvent également être utilisés pour contrôler le fonctionnement de la combustion des moteurs lors de leur sortie de chaîne de production. This method and this device can also be used to control the functioning of the combustion of the engines when they leave the production line.

Bien entendu différents modes de réalisation du procédé et du dispositif qui viennent d'être décrits, peuvent être envisagés. Of course, various embodiments of the method and of the device which have just been described can be envisaged.

Claims

1. Method for analyzing the operation of the combustion of an engine (1) of a motor vehicle, characterized in that it comprises the following steps

a) the operating vibrations of the engine are noted (at 10);

b) the detected vibration signal is filtered (at 11) in order to extract a signal therefrom in a frequency band corresponding to the combustion noise of the engine;

c) integrating (at 12) the filtered filtered signal;

d) the portions corresponding to the combustions of the different cylinders of the engine are isolated (at 13) in the integrated signal;

e) a characteristic value is determined (at 14) for each cylinder of the engine by statistical analysis of the corresponding signal portion; and

f) this characteristic value is analyzed (at 15) in order to analyze the operation of the combustion of the engine.

2. Method according to claim 1, characterized in that step f) of analysis further consists in determining (at 21) from the characteristic value, a subjective note of operating noise of each cylinder of the engine.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the step f) of analysis further consists in analyzing (at 22), operating cycle by operating cycle of each cylinder of the engine, the evolution of the characteristic value to control the combustion stability for each cylinder of the engine.

4. Method according to claim 1,2 or 3, characterized in that step f) of analysis further consists in analyzing (at 23), engine cylinder by engine cylinder for each operating cycle thereof , the characteristic values relating to these cylinders to control the combustion dispersion of the engine cylinders.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the characteristic value is the mean value of the quadratic mean value of the corresponding signal portions, over several operating cycles of the considered cylinder of the engine.

6. Method according to claim 5, characterized in that the subjective note of operating noise for a given operating point of the engine is determined by the relation

N = z (Ai + Bi ln (Xi - Yi)) where i represents the number of the cylinder considered,

N represents the noise note,

Ai, Bi and Yi are coefficients determined experimentally by learning for the motor and the determined operating point thereof, and

Xi is the corresponding characteristic value of the cylinder considered.

7. Device for analyzing the operation of the combustion of a motor vehicle engine, characterized in that it comprises

a) means (2,3) for recording the engine operating vibrations (1),

b) means (4) for filtering the detected vibration signal in order to extract a signal therefrom in a frequency band corresponding to the combustion noise of the engine,

c) means (4) for integrating the filtered filtered signal,

d) means (4) for isolating in this integrated signal, portions corresponding to the combustions of the different cylinders of the engine,

e) means (4) for determining for each cylinder of the engine a characteristic value, by statistical analysis of the corresponding signal portion, and

f) means (4) for analyzing this characteristic value to analyze the operation of the combustion of the engine.

8. Device according to claim 7, characterized in that the reading means comprise at least one vibration sensor (2,3) disposed on the envelope of the engine.

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that the filtering, integration, isolation, determination and analysis means are constituted by a computer (4).