Brevet FR2687255A1 — publié le 19930813

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. 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. Pour effectuer ce suivi de l'état d'usure des bougies, plusieurs solutions ont jusqu'ici été adoptées. 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. 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. 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. 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. 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. Le coefficient d'usure est réinitialisé à zéro lors de tout changement des bougies. 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. 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. 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. 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. 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". 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. 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. 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). 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. A chacune de ces classes de fonctionnement (Cj) est alors associé un terme d'estimation d'usure élémentaire (Dj) des bougies. 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). 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. 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. Cette cartographie (C) est enregistrée dans la mémoire du calculateur d'injection pour être utilisée lors du fonctionnement normal du moteur. 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. 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. Le coefficient d'usure global (Un) est ensuite visualisé pour informer le conducteur de l'état des bougies. 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. 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). 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). 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. 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. 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. 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. 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. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. 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. 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. 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). REVENDICATION8 (1] 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, caractérisé en ce que l'usure des bougies est directement estimée de l'observation du fonctionnement du moteur à travers les valeurs prises par des variables (Pi) caractéristiques dudit fonctionnement. [2] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (a) effectuer lors de chaque utilisation du moteur, la mesure régulière des valeurs représentatives (Vi,n) sur une période donnée (x,y) des variables caractéristiques (Pi) de l'état de fonctionnement dudit moteur (b) transformer ces valeurs (Vi,n) en un terme d'estimation d'usure élémentaire des bougies (Dj,n) pour la période correspondante ; (c) élaborer un coefficient d'usure (Un) par addition des termes d'estimation d'usure élémentaires (Dj,n) ;; [3] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'opération (a) est remplacée par l'opération (a') effectuer lors de chaque utilisation du moteur, le calcul régulier de la valeur moyenne (Vi,n) sur une période donnée des valeurs des variables (Pi) représentatives de l'état de fonctionnement du moteur. [4] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variables (Pi) représentatives de l'état de fonctionnement du moteur sont le régime (P1), la charge (P2) et la température d'eau (P3). (5] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite période correspond à x rotations vilebrequin ou arbre à cames, x compris entre 1 et 100. (6] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite période correspond à y secondes, y étant compris entre 0.1 et 15. [7] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la transformation des valeurs (Vi,n) en un terme d'estimation d'usure correspondant de la bougie (Dj,n) est opérée de la façon suivante : les valeurs (Vi,n) définies comme représentatives des valeurs prises par les variables (Pi) pendant la période de référence, définissent une classe de fonctionnement (Cj) à laquelle est associée expérimentalement une valeur correspondante de l'usure estimée des bougies (Dj), la valeur est donc prise égale à cette valeur (Dj,n = Dj). [8] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'opération (c) est complétée par l'opération suivante (d) visualiser la valeur du coefficient d'estimation d'usure des bougies (Un). [9] Procédé d'estimation de l'état d'usure des bougies selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'opération (d) est complétée par l'opération suivante (e) le coefficient d'usure (Un) étant réinitialisé à zéro lors de tout changement des bougies.