FR2687255A1 - Method of estimation of the state of wear of a spark plug - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE D'ESTIXATION DE L'ETAT D'USURE
D'UNE BOUGIE
La présente invention concerne un procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies d'un système d'allumage par étincelle électrique d'un moteur à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles.METHOD FOR ESTIMATING THE WEAR
OF A CANDLE
The present invention relates to a method for estimating the state of wear of the spark plugs of an electrical spark ignition system of an internal combustion engine fitted in particular to motor vehicles.
La mise en place de moyens de contrôle de l'état d'usure des bougies d'un système d'allumage par étincelle électrique pour un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, est très importante. En effet, l'utilisation de bougies ayant dépassé leur seuil d'usure engendre des ratés de combustion et donc génère l'émission de polluants et une surconsommation. The establishment of means for monitoring the state of wear of the spark plugs of an electric spark ignition system for an internal combustion engine fitted to a motor vehicle is very important. Indeed, the use of candles having exceeded their wear threshold generates misfires and therefore generates the emission of pollutants and overconsumption.
Pour effectuer ce suivi de l'état d'usure des bougies, plusieurs solutions ont jusqu'ici été adoptées. To monitor the wear of the spark plugs, several solutions have so far been adopted.
La méthode la plus couramment utilisée consiste à effectuer un remplacement préventif des bougies en adoptant une certaine périodicité, par exemple tout les 30.000 km, cette méthode particulièrement simple s'avère coûteuse pour l'utilisateur, car bien souvent les bougies remplacées sont loin d'avoir atteint leur seuil d'usure. The most commonly used method is to perform a preventive replacement of the spark plugs by adopting a certain periodicity, for example every 30,000 km, this particularly simple method is costly for the user, because very often the replaced spark plugs are far from have reached their wear threshold.
Une autre approche consiste à équiper les circuits d'allumage de dispositifs de détection électronique, comme ceux décrits dans les demandes de brevet français n0 91/10740 et 91/10741, qui à partir des variations de la tension ou du courant traversant la bobine d'allumage donne une certaine image de l'état de la bougie, ces solutions qui permettent un diagnostic très précis sur l'état des bougies, ont pour inconvénient de renchérir sensiblement le coût du système d'allumage. Another approach consists in equipping the ignition circuits with electronic detection devices, such as those described in French patent applications Nos. 91/10740 and 91/10741, which, from variations in the voltage or current flowing through the coil d 'ignition gives a certain picture of the condition of the spark plug, these solutions which allow a very precise diagnosis of the condition of the spark plugs, have the disadvantage of significantly increasing the cost of the ignition system.
La présente invention a pour objet de pallier aux inconvénients précités en proposant un procédé d'estimation de l'usure des bougies particulièrement peu coûteux et qui permet d'avoir un excellent niveau de fiabilité. The object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a method of estimating the wear of the spark plugs which is particularly inexpensive and which makes it possible to have an excellent level of reliability.
Le procédé suivant l'invention consiste à déduire directement des conditions de fonctionnement du moteur le degré d'usure des bougies. La demanderesse a en effet mis en évidence les relations qui existent entre le fonctionnement du moteur et l'usure des bougies. The method according to the invention consists in directly deducing from the operating conditions of the engine the degree of wear of the spark plugs. The Applicant has indeed highlighted the relationships which exist between the operation of the engine and the wear of the spark plugs.
Selon l'invention, le procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies connectées au système d'allumage d'un moteur à combustion interne équipant notamment un véhicule automobile, est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes
- effectuer lors de chaque utilisation du moteur, la mesure périodique des valeurs représentatives de variables caractéristiques du fonctionnement dudit moteur pour l'usure des bougies sur la période considérée ;
- transformer ces valeurs en un terme d'estimation d'usure élémentaire des bougies pour la période correspondante ;
- élaborer un coefficient d'usure par addition des termes d'estimation d'usure élémentaires.According to the invention, the method for estimating the state of wear of the spark plugs connected to the ignition system of an internal combustion engine equipping in particular a motor vehicle, is characterized in that it comprises the following operations
- perform each time the engine is used, the periodic measurement of values representative of variables characteristic of the operation of said engine for spark plug wear over the period in question;
- transform these values into a term of estimation of elementary wear of the spark plugs for the corresponding period;
- develop a wear coefficient by adding the basic wear estimation terms.
Le coefficient d'usure est réinitialisé à zéro lors de tout changement des bougies. The wear coefficient is reset to zero when the spark plugs are changed.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention est particulièrement simple, il suffit par exemple d'utiliser le calculateur d'injection équipant le moteur. The implementation of the method according to the invention is particularly simple, it suffices for example to use the injection computer equipping the engine.
En effet le calculateur d'injection reçoit en permanence les principales informations relatives aux conditions de fonctionnement du moteur. Le calculateur peut alors, soit traiter ces informations dans une application spécifique et délivrer une information directement exploitable, soit générer vers un ordinateur de bord les éléments nécessaires pour que ce dernier élabore cette information. In fact, the injection computer permanently receives the main information relating to the operating conditions of the engine. The computer can then either process this information in a specific application and deliver information that can be used directly, or generate the elements necessary for an on-board computer so that the latter can prepare this information.
L'information finale sur l'état d'usure des bougies peut prendre diverses formes : voyant d'alerte, indicateur analogique ou numérique informant l'utilisateur sur le taux d'usure de la bougie ou encore sur le nombre de kilomètres pouvant être parcourus. Final information on the state of wear of the spark plugs can take various forms: warning light, analog or digital indicator informing the user on the rate of wear of the spark plug or on the number of kilometers that can be traveled. .
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 présente les différentes étapes du procédé d'estimation selon l'invention ;
la figure 2 représente une cartographie d'usure des bougies en fonction de différents paramètres de fonctionnement du moteur.The aims, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the description given below of an embodiment of the invention, presented by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing, in which
FIG. 1 shows the different stages of the estimation method according to the invention;
Figure 2 shows a spark plug wear map as a function of different engine operating parameters.
La présente invention est donc basée sur la constatation que l'usure d'une bougie est directement liée aux conditions de fonctionnement du moteur et donc que sa durée de vie se déduit de l'utilisation qui est faite du moteur. A titre d'exemple la durée de vie d'une bougie évolue du simple au double entre un fonctionnement de type "cycle urbain" et un fonctionnement de type "régime stabilisé à 90 km/h". The present invention is therefore based on the observation that the wear of a spark plug is directly linked to the operating conditions of the engine and therefore that its life is deduced from the use which is made of the engine. For example, the life of a spark plug varies from a simple to a double between an operation of the "urban cycle" type and an operation of the "steady state at 90 km / h" type.
L'invention consiste donc à suivre en permanence, les conditions de fonctionnement du moteur et à en déduire en temps réel une estimation de l'usure des bougies. The invention therefore consists in continuously monitoring the operating conditions of the engine and in deducing therefrom in real time an estimate of the wear of the spark plugs.
Pour ce faire, on choisi de façon préférentielle les variables représentatives des conditions de fonctionnement du moteur parmi celles alimentant le calculateur d'injection de manière à profiter des capteurs existant et des possibilités de calcul du microprocesseur équipant le calculateur d'injection.Ces variables sont donc choisies parmi les variables suivantes
- le régime de rotation (à partir d'une information vilebrequin, arbre à cames ou tout autre élément en rapport avec le moteur),
- la pression à l'admission, à l'échappement ou dans la chambre de combustion,
- la température d'air d'admission, d'huile, de liquide de refroidissement, des gaz d'échappement, des bougies, ou encore des parois des chambres de combustion,
- le débit d'air ou de carburant,
- le temps d'injection, l'avance à l'allumage ou encore de la position d'un élément de la commande d'accélérateur.To do this, the variables representative of the engine operating conditions are preferably chosen from those supplying the injection computer so as to take advantage of the existing sensors and the calculation possibilities of the microprocessor equipping the injection computer. therefore chosen from the following variables
- the rotation speed (from crankshaft information, camshaft or any other element related to the engine),
- the pressure at the inlet, at the exhaust or in the combustion chamber,
- the temperature of the intake air, oil, coolant, exhaust gases, spark plugs, or the walls of the combustion chambers,
- the air or fuel flow,
- injection time, ignition advance or even the position of an element of the accelerator control.
Dans l'exemple de réalisation décrit, le fonctionnement du moteur est déterminé de façon suffisamment précise pour suivre l'usure des bougies à partir de l'observation de trois variables (Pi) à savoir : le régime de rotation moteur JP1), la charge (P2) et la température d'eau (P3). In the embodiment described, the operation of the engine is determined sufficiently precisely to follow the wear of the spark plugs from the observation of three variables (Pi) namely: the engine rotation speed JP1), the load (P2) and the water temperature (P3).
On définit alors plusieurs classes de fonctionnement (Cj) définies par des plages de valeurs (Vi) prises par les variables (Pi), chacune de ces classes correspondant à un niveau d'usure particulier des bougies. We then define several operating classes (Cj) defined by ranges of values (Vi) taken by the variables (Pi), each of these classes corresponding to a particular level of wear of the spark plugs.
A chacune de ces classes de fonctionnement (Cj) est alors associé un terme d'estimation d'usure élémentaire (Dj) des bougies. Each of these operating classes (Cj) is then associated with an elementary wear estimation term (Dj) of the spark plugs.
Ces termes (Dj) sont obtenus expérimentalement au banc d'essai. Pour ce faire, le moteur est maintenu dans la plage de fonctionnement (Cj) considérée et on mesure l'évolution de l'usure des bougies, on note en particulier au bout de combien de temps (Tj) ou de tours moteur (Nj) les bougies atteignent leur seuil d'usure. On en déduit alors directement le terme d'usure élémentaire (Dj), exprimé en pourcentage, correspondant à l'usure de la bougie pour une période de temps y : Dj = y * (1 / Tj), ou x tours moteur : Dj = x * (1 / Nj). These terms (Dj) are obtained experimentally on the test bench. To do this, the engine is kept within the operating range (Cj) considered and the evolution of the wear of the spark plugs is measured, in particular it is noted after how long (Tj) or engine revolutions (Nj) the candles reach their wear threshold. We then deduce directly the elementary wear term (Dj), expressed as a percentage, corresponding to the wear of the spark plug for a period of time y: Dj = y * (1 / Tj), or x engine revolutions: Dj = x * (1 / Nj).
En réitérant le processus pour chacune des classes de fonctionnement (Cj) on obtient une cartographie (C) du type de celle représentée à la figure 2. By repeating the process for each of the operating classes (Cj), we obtain a map (C) of the type shown in Figure 2.
Cette cartographie tient compte, bien évidemment, du type de moteur ainsi que du type de bougie utilisés. Pour obtenir les termes d'usure élémentaire pour d'autres caractéristiques de bougie ou de moteur, il est possible, soit de refaire les mesures, soit d'utiliser la cartographie précédente et d'en déduire par des coefficients multiplicateurs adaptés la cartographie correspondante. This mapping obviously takes into account the type of engine as well as the type of spark plug used. To obtain the terms of elementary wear for other spark plug or engine characteristics, it is possible either to repeat the measurements, or to use the previous mapping and to deduce therefrom by corresponding multiplying coefficients the corresponding mapping.
Cette cartographie (C) est enregistrée dans la mémoire du calculateur d'injection pour être utilisée lors du fonctionnement normal du moteur. This map (C) is saved in the memory of the injection computer to be used during normal engine operation.
Une fois la cartographie (C) acquise dans le calculateur d'injection, la mise en oeuvre du procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies du moteur est la suivante. Once the map (C) has been acquired in the injection computer, the implementation of the method for estimating the state of wear of the spark plugs of the engine is as follows.
Lors de chaque utilisation du moteur, le calculateur d'injection qui reçoit à chaque instant les valeurs : régime de rotation moteur (P1), charge (P2) et température d'eau (P3), effectue l'application spécifique suivante
(a) calculer régulièrement, sur une période donnée, les moyennes (Vi,n) des valeurs (Vi) prises par les variables (Pi) sélectionnées comme représentatives du fonctionnement du moteur du point de vue de l'usure des bougies, la période de référence étant adaptée à la cartographie mise en mémoire : y secondes ou encore x rotations moteur ;
(b) déterminer pour chaque période (n), la classe de fonctionnement (Cj,n) définie par les valeurs (Vi,n) représentatives de l'évolution des valeurs (Vi) des variables (Pi) sur la période considérée ;
(c) en déduire, à partir de la cartographie mémorisée (C), le terme d'usure élémentaire des bougies (Dj,n) correspondant ;
(d) élaborer un coefficient d'usure global (Un) par addition des différents termes d'estimation d'usure élémentaires (Dj,n)
Un = Un-1 + Dj,n
Il est à noter qu'à chaque arrêt du moteur le coefficient d'usure global (Un) demeure mémorisé dans le calculateur pour être utilisé à nouveau lors de la phase de fonctionnement suivante, le coefficient d'usure (Un) n'étant réinitialisé à zéro que lors du changement des bougies. Whenever the engine is used, the injection computer, which receives the values at all times: engine speed (P1), load (P2) and water temperature (P3), performs the following specific application
(a) regularly calculating, over a given period, the means (Vi, n) of the values (Vi) taken by the variables (Pi) selected as representative of the operation of the engine from the point of view of spark plug wear, the period of reference being adapted to the stored mapping: y seconds or x motor rotations;
(b) determining for each period (n), the operating class (Cj, n) defined by the values (Vi, n) representative of the evolution of the values (Vi) of the variables (Pi) over the period considered;
(c) deduce therefrom, from the stored cartography (C), the term of elementary wear of the candles (Dj, n) corresponding;
(d) develop a global wear coefficient (Un) by adding the different elementary wear estimation terms (Dj, n)
Un = Un-1 + Dj, n
It should be noted that at each engine stop the overall wear coefficient (Un) remains stored in the computer to be used again during the next operating phase, the wear coefficient (Un) not being reset. to zero than when changing the candles.
Le coefficient d'usure global (Un) est ensuite visualisé pour informer le conducteur de l'état des bougies. The overall wear coefficient (Un) is then displayed to inform the driver of the condition of the spark plugs.
La figure 1 précise un mode de mise en oeuvre de l'invention. Le calculateur d'injection est équipé d'un module spécifique pour l'estimation de l'usure des bougies. Figure 1 specifies an embodiment of the invention. The injection computer is equipped with a specific module for estimating the wear of the spark plugs.
Ce module comprend un premier registre (102) qui reçoit à chaque instant les valeurs (Vi,i=1 à 3) des différentes variables choisies, à savoir le régime de rotation moteur (P1), la charge (P2) et la température d'eau (P3). This module includes a first register (102) which receives at each instant the values (Vi, i = 1 to 3) of the different variables chosen, namely the engine rotation speed (P1), the load (P2) and the temperature d water (P3).
Ce registre (102) reçoit également une information temps issue d'une horloge interne (101) (ou encore nombre de tours vilebrequin à partir d'un capteur volant moteur) et effectue la moyenne des valeurs (Vi) sur une période ou horizon déterminé à savoir y secondes, y étant compris préférentiellement entre 0.1 s et 10 s (ou encore x tours vilebrequin, x étant préférentiellement compris entre 1 et 100). This register (102) also receives time information from an internal clock (101) (or number of crankshaft revolutions from an engine flywheel sensor) and averages the values (Vi) over a determined period or horizon namely y seconds, including preferably between 0.1 s and 10 s (or x crankshaft turns, x being preferably between 1 and 100).
Les valeurs moyennes (Vi,n) ainsi produites périodiquement sont ensuite traitées dans le registre suivant (104) où par comparaison avec la cartographie (C) stockée dans la mémoire permanente (103) on en déduit le terme d'usure des bougies (Dj,n) correspondant à la période de fonctionnement observée et à la plage de fonctionnement du moteur. The average values (Vi, n) thus produced periodically are then processed in the following register (104) where, by comparison with the map (C) stored in the permanent memory (103), the term of wear of the candles is deduced therefrom (Dj , n) corresponding to the observed operating period and the engine operating range.
Les termes d'usure (Dj,n) sont ensuite additionnés dans le sommateur (106) pour produire le coefficient d'usure global (Un), représentatif du niveau d'usure atteint par les bougies depuis leur mise en place sur le moteur, avec
Un = Un-1 + Dj,n.The terms of wear (Dj, n) are then added in the adder (106) to produce the overall wear coefficient (Un), representative of the level of wear reached by the spark plugs since their installation on the engine, with
Un = Un-1 + Dj, n.
Le coefficient d'usure est stocké après chaque calcul dans une mémoire permanente (105) et rappelé pour le calcul suivant. Cette mémoire est remise à zéro après chaque remplacement des bougies. The wear coefficient is stored after each calculation in a permanent memory (105) and recalled for the following calculation. This memory is reset to zero after each replacement of the spark plugs.
Ce sommateur produit un signal correspondant au coefficient d'usure global, qui est utilisé pour commander l'allumage d'une barre lumineuse telle qu'un "barregraphe" (2) dont la longueur lumineuse est proportionnelle au niveau d'encrassement. This adder produces a signal corresponding to the overall wear coefficient, which is used to control the lighting of a light bar such as a "bargraph" (2) whose light length is proportional to the level of fouling.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated, which has been given only by way of example.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.
Ainsi la détermination du terme d'usure peut être opéré non pas à partir de la valeur moyenne des valeurs des différentes variables (Pi) pendant la période considérée mais également à partir de valeurs instantanées prises par ces valeurs pendant la période, en effet si la période de référence est suffisamment fine une valeur instantanée peut être en première approximation considéré comme représentative des différentes valeurs prise par la variable considérée pendant la période. Thus the determination of the wear term can be made not from the average value of the values of the different variables (Pi) during the period considered but also from instantaneous values taken by these values during the period, in fact if the reference period is sufficiently fine an instantaneous value can be, as a first approximation, considered as representative of the different values taken by the variable considered during the period.
Ainsi le calcul de l'estimation de l'usure des bougies peut être opéré par un calculateur spécifique ou encore par l'ordinateur de bord quand ce dernier existe. Thus the calculation of the estimate of the wear of the spark plugs can be operated by a specific computer or by the on-board computer when the latter exists.
Ainsi le calcul de l'estimation d'usure des bougies peut se mettre sous la forme d'un nombre de kilomètres restant à parcourir pour atteindre le seuil d'usure des bougies (en intégrant notamment les informations concernant les rapports de boîte de vitesse successivement utilisés). Thus, the calculation of the spark plug wear estimate can be in the form of a number of kilometers remaining to travel to reach the spark plug wear threshold (by integrating in particular the information concerning the gearbox reports successively used).
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