ES2996849A1 - NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDFInfo
- Publication number
- ES2996849A1 ES2996849A1 ES202430962A ES202430962A ES2996849A1 ES 2996849 A1 ES2996849 A1 ES 2996849A1 ES 202430962 A ES202430962 A ES 202430962A ES 202430962 A ES202430962 A ES 202430962A ES 2996849 A1 ES2996849 A1 ES 2996849A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- spark
- spark plug
- circuit
- value
- pulses
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/121—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current by measuring spark voltage
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/123—Generating additional sparks for diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Dispositivo (1) de diagnóstico no intrusivo para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión que comprende medios de conexión al circuito de control del motor (3); una primera fuente (5) de alimentación del dispositivo (1); unos medios de adquisición y control (6) de ensayo: y un dispositivo de medición (7) de la intensidad en el circuito primario. Proceso no intrusivo de diagnóstico que comprende una alimentación del circuito lógico de la bobina inteligente (15) mediante una secuencia de pulsos (8) para valores de tiempo de energización comprendidos entre un ETmin y un ETmax; un análisis (16) de la respuesta (11) de corriente en el circuito primario; una comparación del porcentaje (17) de pulsos (8) que generan chispa con unas curvas de calibración (13); una valoración del estado de la bujía (19) y/o una determinación de la distancia de separación (18) entre electrodos.Non-intrusive diagnostic device (1) for spark ignition systems in combustion engines comprising means for connection to the engine control circuit (3); a first power supply (5) for the device (1); means for acquiring and controlling the test (6); and a device for measuring the current in the primary circuit (7). Non-intrusive diagnostic process comprising supplying the logic circuit of the smart coil (15) by means of a sequence of pulses (8) for energization time values between an ETmin and an ETmax; an analysis (16) of the current response (11) in the primary circuit; a comparison of the percentage (17) of pulses (8) that generate a spark with calibration curves (13); an assessment of the condition of the spark plug (19) and/or a determination of the separation distance (18) between electrodes.
Description
d e s c r ip c ió ndescription
Dispositivo de diagnóstico no intrusivo para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión y proceso de diagnóstico mediante el mismo Non-intrusive diagnostic device for spark ignition systems in combustion engines and diagnostic process using the same
Campo técnico de la invenciónTechnical field of the invention
La presente invención corresponde al campo técnico de los motores de combustión, en concreto a un dispositivo no intrusivo de diagnóstico de los sistemas de encendido por chispa en estos motores y un proceso de diagnóstico. The present invention corresponds to the technical field of combustion engines, specifically to a non-intrusive device for diagnosing spark ignition systems in these engines and a diagnostic process.
Antecedentes de la InvenciónBackground of the Invention
La bujía es un componente eléctrico que se encuentra en el sistema de encendido de un motor de combustión interna y su principal función es la de proporcionar la chispa necesaria para encender la mezcla de aire y combustible dentro de la cámara de combustión, generando de este modo la energía suficiente para que el motor funcione. The spark plug is an electrical component found in the ignition system of an internal combustion engine and its main function is to provide the spark necessary to ignite the air and fuel mixture inside the combustion chamber, thus generating enough energy for the engine to operate.
El sistema de encendido de un motor de combustión interna con encendido provocado básicamente consta de un circuito eléctrico de baja tensión (circuito primario), un circuito eléctrico de alta tensión (circuito secundario) que incluye la bujía en la que se produce el salto de la chispa, y un circuito de control cuya señal procede de la unidad de control electrónico del motor. The ignition system of an internal combustion engine with spark ignition basically consists of a low voltage electrical circuit (primary circuit), a high voltage electrical circuit (secondary circuit) that includes the spark plug in which the spark jump occurs, and a control circuit whose signal comes from the electronic control unit of the engine.
Puede ocurrir que la bujía presente algún defecto de fábrica y ello va a repercutir en un comportamiento del motor defectuoso, por lo que es muy importante poder detectarlo lo antes posible. It may happen that the spark plug has a factory defect and this will have an impact on the engine's poor performance, so it is very important to be able to detect it as soon as possible.
También puede ocurrir que exista una separación errónea entre los electrodos de la bujía, con un valor fuera de la tolerancia dimensional admitida entre ellos, lo que provocaría una chispa anómala, o incluso la ausencia de la misma, derivando en un malfuncionamiento de la bujía y, por tanto, del motor. It may also happen that there is an incorrect gap between the spark plug electrodes, with a value outside the admissible dimensional tolerance between them, which would cause an abnormal spark, or even the absence of one, leading to a malfunction of the spark plug and, therefore, of the engine.
Este fallo en el valor de la distancia entre electrodos puede deberse a alguna circunstancia ocurrida durante el propio montaje, pues las bujías se montan a mano y puede ocurrir, por ejemplo, que el montador le dé un golpe a la bujía sin querer, ocasionando que los electrodos se acerquen entre sí. This failure in the value of the distance between electrodes may be due to some circumstance that occurred during the assembly itself, since the spark plugs are assembled by hand and it may happen, for example, that the assembler accidentally hits the spark plug, causing the electrodes to come closer together.
En el estado de la técnica existen tecnologías que permiten conocer si los electrodos están en contacto, pero no pueden conocer la distancia entre electrodos si éstos no están en contacto, por lo que en caso de ser una distancia incorrecta que seguramente vaya a provocar un mal funcionamiento del motor, es un error que no es posible detectar con los sistemas actuales. In the state of the art there are technologies that allow knowing if the electrodes are in contact, but they cannot know the distance between electrodes if they are not in contact, so if it is an incorrect distance that will surely cause a malfunction of the engine, it is an error that cannot be detected with current systems.
Como ejemplo del estado de la técnica pueden mencionarse los documentos de referencia GB2416853, DE4116642, WO8909333, GB2257533, US6216678 y WO9825124. As an example of the state of the art, reference documents GB2416853, DE4116642, WO8909333, GB2257533, US6216678 and WO9825124 may be mentioned.
El documento de referencia GB2416853 determina un sistema para diagnosticar el rendimiento del sistema de encendido de un motor de combustión interna que actúa generando unos pulsos sobre el circuito secundario de la bobina. La medición de la señal de retorno del devanado primario de la bobina de encendido, así como la transferencia de datos se realizan por completo internamente en la unidad de control del motor y se analiza la duración de la chispa de cada cilindro, comparándola con otras duraciones (lectura relativa) para cada ciclo completo del motor a través de una herramienta de escaneo conectada a un conector de enlace de datos. Reference document GB2416853 determines a system for diagnosing the performance of the ignition system of an internal combustion engine which acts by generating pulses on the secondary circuit of the ignition coil. The measurement of the feedback signal from the primary winding of the ignition coil, as well as the data transfer, are carried out entirely internally in the engine control unit and the spark duration of each cylinder is analysed and compared with other durations (relative reading) for each complete engine cycle via a scan tool connected to a data link connector.
Esto permite diagnosticar el estado defectuoso o no de la bujía, pero no se aporta un valor cuantitativo de la separación entre electrodos. Además, al actuar sobre el circuito secundario este sistema requiere desmontar el cableado del motor. This allows the spark plug to be diagnosed as defective or not, but does not provide a quantitative value for the gap between the electrodes. In addition, since this system acts on the secondary circuit, it is necessary to remove the engine wiring.
Por su parte, el documento de referencia DE4116642 define un método de control de un sistema de encendido de un motor de combustión interna mediante la medición en el devanado primario de una o más bobinas de encendido, no sólo la duración de la chispa de encendido, sino también la tensión de chispa de encendido transformada ascendentemente de eventos o intentos de encendido individuales. For its part, reference document DE4116642 defines a method of controlling an ignition system of an internal combustion engine by measuring in the primary winding of one or more ignition coils, not only the duration of the ignition spark, but also the upwardly transformed ignition spark voltage of individual ignition events or attempts.
Tampoco es capaz de determinar el valor concreto de la separación entre los electrodos de la bujía. Este método se centra en comprobar el sistema de encendido, pero no tienen capacidad de cuantificar el estado de la bujía. It is also unable to determine the exact value of the spark plug gap. This method focuses on checking the ignition system, but is not capable of quantifying the condition of the spark plug.
En el documento de referencia WO8909333 se expone un método y dispositivo para la observación de la combustión en un motor de combustión interna que funciona con encendido por chispa, en el que se utiliza el sistema de descarga del motor y se controla la tensión de encendido para determinar si se ha producido la combustión en la cámara de combustión del motor. Reference document WO8909333 discloses a method and device for monitoring combustion in an internal combustion engine operating with spark ignition, in which the engine's exhaust system is used and the ignition voltage is monitored to determine whether combustion has occurred in the engine's combustion chamber.
Con este sistema tampoco es posible obtener un valor cuantitativo de la separación entre electrodos de la bujía y, al igual que el método anterior, se centran en comprobar el sistema de encendido, añadiendo en este caso un control de la combustión, pero no tienen modo de cuantificar el estado de la bujía. With this system it is also not possible to obtain a quantitative value of the gap between the spark plug electrodes and, like the previous method, they focus on checking the ignition system, adding in this case a combustion control, but they have no way of quantifying the state of the spark plug.
El documento de referencia GB2257533 define un método para detectar un cortocircuito de baja impedancia en un circuito de devanado secundario de una bobina de encendido de un motor de combustión interna que tiene un sistema de encendido sin distribuidor. Reference document GB2257533 defines a method for detecting a low impedance short circuit in a secondary winding circuit of an ignition coil of an internal combustion engine having a distributorless ignition system.
Este sistema busca la detección de un cortocircuito o baja impedancia en un circuito secundario comparando los tiempos de descarga de la chispa con un valor de umbral determinado. Para ello se generan dos chispas simultáneas en dos de los cilindros del motor y el objetivo es adaptar la inyección de combustible en aquellos cilindros en los que no salte la chispa. This system detects a short circuit or low impedance in a secondary circuit by comparing the spark discharge times with a given threshold value. To do this, two simultaneous sparks are generated in two of the engine's cylinders and the objective is to adapt the fuel injection in those cylinders in which the spark does not jump.
No es un método que tenga como objetivo el diagnóstico de sistemas de encendido para encontrar el posible error y mucho menos la valoración cuantitativa de la separación entre electrodos de la bujía. It is not a method that aims to diagnose ignition systems to find the possible error and much less the quantitative assessment of the separation between spark plug electrodes.
El documento US6216678 expone un método y un aparato para conectar con un sistema de encendido de motor para determinar un fallo de encendido en un cilindro, controlando el flujo de corriente en el circuito primario. US6216678 discloses a method and apparatus for connecting to an engine ignition system to determine a misfire in a cylinder by monitoring current flow in the primary circuit.
Este método trata de identificar cilindros de un motor con carencia de combustión por fallo en el sistema de encendido, pero esto no permite determinar otros posibles problemas del sistema de encendido y mucho menos obtener el valor numérico de la separación entre electrodos de la bujía. This method attempts to identify engine cylinders with a lack of combustion due to a fault in the ignition system, but this does not allow determining other possible problems in the ignition system, much less obtaining the numerical value of the spark plug electrode gap.
En referencia al documento W09825124, éste determina un método para inspeccionar una bujía instalada en un motor mediante la aplicación de un voltaje suficientemente alto para provocar que dicha bujía genere una chispa, con el motor en reposo y sin suministrarle un combustible. In reference to document W09825124, it determines a method for inspecting a spark plug installed in an engine by applying a voltage high enough to cause said spark plug to generate a spark, with the engine at rest and without supplying fuel to it.
Este modo de proceder no es evidente ni inmediato de realizar pues hay que inhabilitar el suministro de combustible al motor, que con los sistemas actuales de control puede provocar posiblemente avisos de fallos en la unidad de control electrónico (ECU) del motor. This procedure is not obvious or immediate to carry out, as it requires disabling the fuel supply to the engine, which with current control systems can possibly cause fault warnings in the engine's electronic control unit (ECU).
Además, tampoco es un sistema capaz de determinar el valor cuantitativo de separación entre electrodos de la bujía. Furthermore, it is not a system capable of determining the quantitative value of the spark plug's gap between electrodes.
Resulta por tanto necesario encontrar un método y dispositivo que sea capaz de determinar el problema existente en un sistema de encendido, aportando el valor cuantitativo de la separación entre electrodos de la bujía, de la manera menos invasiva para el motor, aplicable tanto a la operación normal del motor, como a las pruebas de calidad realizadas en las fábricas de montaje, sin tener que provocar ningún tipo de operación especial al motor ni modificar su cableado. It is therefore necessary to find a method and device that is capable of determining the problem existing in an ignition system, providing the quantitative value of the gap between the spark plug electrodes, in the least invasive way for the engine, applicable both to the normal operation of the engine, as well as to the quality tests carried out in assembly factories, without having to cause any type of special operation to the engine or modify its wiring.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
El dispositivo (1) de diagnóstico no intrusivo para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión que comprenden un circuito primario de baja tensión, un circuito secundario de alta tensión que comprende una bujía, ambos acoplados electromagnéticamente mediante una bobina inteligente, y un circuito de control cuya señal procede de la unidad de control electrónico del motor, que aquí se presenta, comprende unos medios de conexión al circuito de control del motor a través de un conector de dicho circuito de control. The non-intrusive diagnostic device (1) for spark ignition systems in combustion engines comprising a low voltage primary circuit, a high voltage secondary circuit comprising a spark plug, both electromagnetically coupled by means of an intelligent coil, and a control circuit whose signal comes from the electronic control unit of the engine, presented here, comprises means for connecting to the engine control circuit through a connector of said control circuit.
Este dispositivo comprende además una primera fuente de alimentación del dispositivo, unos medios de adquisición y control de ensayo, y un dispositivo de medición de la intensidad en el circuito primario. This device further comprises a first power supply for the device, means for acquiring and controlling the test, and a device for measuring the intensity in the primary circuit.
Por su parte, estos medios de adquisición y control comprenden un controlador con un software adecuado para el control y procesado de los datos obtenidos, que comprende al menos una primera unidad configurada para generar una serie de pulsos de carga sobre un circuito lógico de la bobina inteligente de encendido y, una segunda unidad que permite una lectura de la tensión interna de la bujía y la corriente inducida en el primario, así como un control de la actuación sobre el circuito secundario. For their part, these acquisition and control means comprise a controller with software suitable for controlling and processing the data obtained, which comprises at least a first unit configured to generate a series of charge pulses on a logic circuit of the intelligent ignition coil and a second unit that allows a reading of the internal voltage of the spark plug and the current induced in the primary, as well as a control of the actuation on the secondary circuit.
En esta memoria se propone además un proceso no intrusivo de diagnóstico para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión mediante un dispositivo de diagnóstico tal como el definido previamente. This paper also proposes a non-intrusive diagnostic process for spark ignition systems in combustion engines using a diagnostic device as defined previously.
Este proceso presenta una primera fase consistente en una conexión del dispositivo al conector del circuito de control del motor y a una primera fuente de alimentación. This process presents a first phase consisting of a connection of the device to the connector of the motor control circuit and to a first power supply.
A continuación, se realiza una segunda fase consistente en una alimentación del circuito lógico de la bobina inteligente del sistema mediante una secuencia de pulsos de carga, realizando una pluralidad de repeticiones para determinados valores de tiempo de energización (ET) de la bujía. Estos valores de tiempo de energización están comprendidos entre un valor ETmín correspondiente a un valor de ET que no produce chispa en una bujía para un valor nominal de separación entre electrodos, y un valor ETmáx correspondiente al ET capaz de producir chispa en el 100% de los casos con un valor de separación entre electrodos superior al valor nominal. Ambos valores ETmáx y ETmín son parámetros del ensayo que se definen en base al rango esperado de separación entre electrodos. The second phase is then carried out, consisting of supplying the logic circuit of the system's smart coil with a sequence of charging pulses, performing a plurality of repetitions for certain spark plug energisation time (ET) values. These energisation time values are between an ETmin value corresponding to an ET value that does not produce a spark in a spark plug for a nominal value of electrode gap, and an ETmax value corresponding to the ET capable of producing a spark in 100% of the cases with an electrode gap value greater than the nominal value. Both ETmax and ETmin values are test parameters that are defined based on the expected range of electrode gap.
La tercera fase está formada por un análisis de la respuesta de corriente en el circuito primario para cada uno de los pulsos, donde la aparición de un pico en la señal de corriente en el circuito primario determina la existencia de chispa en la bujía. The third phase consists of an analysis of the current response in the primary circuit for each of the pulses, where the appearance of a peak in the current signal in the primary circuit determines the existence of a spark in the spark plug.
Seguidamente tiene lugar la cuarta fase de obtención del porcentaje de pulsos que generan chispa para cada valor de ET y comparación de este valor con unas curvas de calibración. The fourth phase then takes place, obtaining the percentage of pulses that generate spark for each ET value and comparing this value with calibration curves.
La quinta fase consiste en la valoración del estado de la bujía en función del efecto que causa la existencia o ausencia de chispa y/o la determinación del valor concreto de la distancia de separación entre los electrodos de la bujía. The fifth phase consists of assessing the condition of the spark plug based on the effect caused by the existence or absence of a spark and/or determining the specific value of the separation distance between the spark plug electrodes.
Con el dispositivo de diagnóstico no intrusivo para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión y el proceso para dicho diagnóstico que aquí se propone se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica. The non-intrusive diagnostic device for spark ignition systems in internal combustion engines and the process for such diagnosis proposed here provide a significant improvement in the state of the art.
Esto es así pues se consigue un método completamente automatizado en el que la actuación del técnico se limita a realizar la conexión inicial del dispositivo al conector del circuito de control del motor, y el resto del proceso ya se realiza de forma totalmente automatizada sin intervención humana. This is because a completely automated method is achieved in which the technician's actions are limited to making the initial connection of the device to the motor control circuit connector, and the rest of the process is carried out in a completely automated manner without human intervention.
Como ambos circuitos de baja y alta tensión del sistema de encendido están acoplados electromagnéticamente, la modificación de las características del circuito de alta tensión, como puede ser por ejemplo la distancia entre los electrodos de la bujía, tiene un efecto también en el comportamiento eléctrico del circuito primario. De este modo, analizando lo que ocurre en el circuito primario es posible deducir el tipo de fallo del sistema, sin necesidad de acceder al circuito secundario, ni para aplicar ningún tipo de tensión sobre él ni para realizar mediciones, por lo que se logra un proceso no intrusivo que aprovecha la instrumentación ya instalada en los motores y en los vehículos para detectar posibles fallos en el montaje de las bujías de los motores. Since both the low and high voltage circuits of the ignition system are electromagnetically coupled, changing the characteristics of the high voltage circuit, such as the gap between the spark plug electrodes, also has an effect on the electrical behaviour of the primary circuit. In this way, by analysing what happens in the primary circuit it is possible to deduce the type of fault in the system, without having to access the secondary circuit, or to apply any voltage to it or to take measurements, thus achieving a non-intrusive process that takes advantage of the instrumentation already installed in engines and vehicles to detect possible faults in the assembly of the engine spark plugs.
Así pues, el proceso de monitorizado y diagnóstico se realiza de forma automática y sin interferencia con el motor, y está en principio diseñado para su uso en las cadenas de ensamblaje de los motores en las fábricas de automóviles, en el montaje de las bujías en el motor. The monitoring and diagnostic process is therefore carried out automatically and without interference with the engine, and is primarily designed for use on engine assembly lines in car factories, when assembling spark plugs into the engine.
Otra ventaja de este dispositivo es que, además de indicar la existencia de un fallo en la bujía, basándose en la observación del distinto reflejo o respuesta que se genera en el circuito primario, es capaz de determinar qué tipo de fallo está ocurriendo en el circuito secundario, que puede ser, desde la existencia de una bujía defectuosa, un contacto total entre electrodos de la bujía, o incluso una bobina defectuosa o un problema en el cableado. Another advantage of this device is that, in addition to indicating the existence of a spark plug fault, based on the observation of the different reflection or response generated in the primary circuit, it is capable of determining what type of fault is occurring in the secondary circuit, which may be, from the existence of a defective spark plug, a total contact between the spark plug electrodes, or even a defective coil or a problem in the wiring.
Pero además de estas patologías, este dispositivo puede determinar la distancia concreta entre electrodos, lo que resulta muy favorable porque con ello se consigue obtener una medida directa del funcionamiento de la bujía in situ, permitiendo evaluar y cuantificar la dispersión de fabricación y de instalación de la bujía, para establecer criterios cuantitativos de aceptación y rechazo durante las pruebas de calidad en las líneas de fabricación de motores. In addition to these pathologies, this device can determine the specific distance between electrodes, which is very advantageous because it provides a direct measurement of the spark plug's operation in situ, allowing the manufacturing and installation dispersion of the spark plug to be evaluated and quantified, in order to establish quantitative acceptance and rejection criteria during quality tests on engine manufacturing lines.
Este diagnóstico se puede realizar bien en el propio proceso de ensamblaje de las bujías en el motor en el propio proceso de producción, evitando de este modo que el motor defectuoso avance en la línea de fabricación, en talleres a la hora de realizar inspecciones de mantenimiento o en pruebas periódicas realizadas por el vehículo antes o después de su conducción. This diagnosis can be carried out either during the assembly process of the spark plugs in the engine, in the production process itself, thus preventing the defective engine from moving forward on the manufacturing line, in workshops when carrying out maintenance inspections or in periodic tests carried out on the vehicle before or after driving.
Resulta por tanto un dispositivo y un proceso de diagnóstico muy eficaces con los que es posible analizar el estado de la bujía de un motor, pudiendo determinar si es defectuosa o si presenta una distancia anómala entre sus electrodos. It is therefore a very effective diagnostic device and process that can be used to analyse the condition of an engine's spark plug, determining whether it is defective or has an abnormal distance between its electrodes.
En el presente documento, la palabra "comprende" y sus variantes han de interpretarse como expresiones de tipo abierto que no pretenden excluir la posibilidad de otras características técnicas o componentes adicionales a los citados explícitamente. Además, la palabra "comprende” incluye el caso "consiste en”, interpretándose como una expresión de tipo cerrado que se limita únicamente a las características técnicas o componentes citados explícitamente. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones aquí indicadas. In this document, the word "comprises" and its variants are to be interpreted as open-ended expressions that are not intended to exclude the possibility of other technical features or components in addition to those explicitly mentioned. Furthermore, the word "comprises" includes the case "consists of", being interpreted as a closed-ended expression that is limited only to the technical features or components explicitly mentioned. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be apparent partly from the description and partly from the practice of the invention. Furthermore, the present invention covers all possible combinations of embodiments indicated herein.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: In order to assist in a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of its practical implementation, a series of drawings is provided as an integral part of said description, where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
La Figura 1.- Muestra una vista esquemática del montaje de un dispositivo de diagnóstico no intrusivo de un sistema de encendido por chispa en motores de combustión, según una realización preferida de la invención. Figure 1.- Shows a schematic view of the assembly of a non-intrusive diagnostic device of a spark ignition system in combustion engines, according to a preferred embodiment of the invention.
La Figura 2.- Muestra una vista esquemática de una secuencia de pulsos de carga del proceso de diagnóstico no intrusivo de un sistema de encendido por chispa en motores de combustión, según una realización preferida de la invención. Figure 2.- Shows a schematic view of a sequence of charge pulses of the non-intrusive diagnostic process of a spark ignition system in combustion engines, according to a preferred embodiment of the invention.
La Figura 3.- Muestra una vista esquemática de la respuesta recibida de la corriente en el circuito primario para cada uno de los pulsos del proceso de diagnóstico no intrusivo de un sistema de encendido por chispa en motores de combustión, según una realización preferida de la invención. Figure 3.- Shows a schematic view of the response received from the current in the primary circuit for each of the pulses of the non-intrusive diagnostic process of a spark ignition system in combustion engines, according to a preferred embodiment of the invention.
Las Figuras 4.1 y 4.2.- Muestran unas gráficas de unas curvas de calibración y de una curva característica para diferente separación entre electrodos del proceso de diagnóstico no intrusivo de un sistema de encendido por chispa en motores de combustión, según una realización preferida de la invención. Figures 4.1 and 4.2 show graphs of calibration curves and a characteristic curve for different separation between electrodes of the non-intrusive diagnostic process of a spark ignition system in combustion engines, according to a preferred embodiment of the invention.
La Figura 5.- Muestra un diagrama de bloques del proceso de diagnóstico no intrusivo de un sistema de encendido por chispa en motores de combustión, según una realización preferida de la invención. Figure 5.- Shows a block diagram of the non-intrusive diagnostic process of a spark ignition system in combustion engines, according to a preferred embodiment of the invention.
La Figura 6.- Muestra una imagen de las muestras preparadas para estudio del efecto de la separación entre los electrodos de la bujía, según una realización preferida de la invención. Figure 6.- Shows an image of the samples prepared for studying the effect of the separation between the spark plug electrodes, according to a preferred embodiment of the invention.
Las Figuras 7.1 y 7.2.- Muestran unas imágenes de tres gráficas obtenidas en los ensayos del comportamiento de las bujías en condiciones de laboratorio. Figures 7.1 and 7.2 show images of three graphs obtained during tests of spark plug behavior under laboratory conditions.
Las Figuras 8.1 a 8.4.- Muestran unas imágenes de formas de onda para diferentes tiempos de carga con una bujía nominal. Figures 8.1 to 8.4 show images of waveforms for different charging times with a nominal spark plug.
La Figura 9.- Muestra el efecto de la duración de la carga sobre la intensidad y el retraso de la chispa para una bujía nominal. Figure 9.- Shows the effect of load duration on spark intensity and delay for a nominal spark plug.
La Figura 10.- Muestra la ratio de eventos con chispa exitosa para diferentes distancias entre electrodos y tiempos de carga. Figure 10.- Shows the ratio of successful spark events for different electrode gaps and charging times.
La Figura 11.- Muestra la señal de un encendido con 5000 qs de tiempo de carga de la bobina. Figure 11.- Shows the signal of an ignition with 5000 qs of coil charge time.
Las Figuras 12.1 y 12.2.- Muestran la ratio de éxito en la chispa para bujías nominales y para diferentes bujías con separaciones modificadas, respectivamente. Figures 12.1 and 12.2 show the spark success ratio for nominal spark plugs and for different spark plugs with modified gaps, respectively.
Las Figuras 13.1, 13.2 y 13.3.- Muestran el efecto de fallos totales por fallo de conexión, por problema de continuidad entre la bobina y la bujía o bujía ausente o defectuosa, y por cortocircuito en la bujía, respectivamente. Figures 13.1, 13.2 and 13.3 show the effect of total failures due to connection failure, continuity problem between the coil and the spark plug or missing or defective spark plug, and short circuit in the spark plug, respectively.
Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invenciónDetailed description of a preferred embodiment of the invention
A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el dispositivo (1) de diagnóstico no intrusivo para sistemas de encendido por chispa en motores de combustión que aquí se propone, se refiere a sistemas que comprenden un circuito primario de baja tensión y un circuito secundario de alta tensión que comprende una bujía, ambos acoplados electromagnéticamente mediante una bobina inteligente (2), y un circuito de control cuya señal procede de la unidad de control electrónico del motor (3). In view of the figures provided, it can be observed how in a preferred embodiment of the invention, the non-intrusive diagnostic device (1) for spark ignition systems in combustion engines proposed here, refers to systems comprising a low voltage primary circuit and a high voltage secondary circuit comprising a spark plug, both electromagnetically coupled by means of an intelligent coil (2), and a control circuit whose signal comes from the electronic control unit of the engine (3).
En la Figura 1 se representa un motor (3) con varias bobinas inteligentes (2). Figure 1 shows a motor (3) with several smart coils (2).
Este dispositivo (1) de diagnóstico comprende unos medios de conexión al circuito de control del motor a través de un conector (4) en dicho circuito de control. This diagnostic device (1) comprises means for connecting to the engine control circuit through a connector (4) in said control circuit.
Como se muestra en la Figura 1, el dispositivo (1) cuenta además con una primera fuente (5) de alimentación del dispositivo, unos medios de adquisición y control (6) y, un dispositivo de medición (7) de la intensidad en el circuito primario. As shown in Figure 1, the device (1) also has a first power supply (5) for the device, acquisition and control means (6) and a measuring device (7) for the intensity in the primary circuit.
La fuente de alimentación puede alimentar al equipo a 12 V (automoción) o a 24 V (industrial). También se utiliza un módulo de alimentación a 5 V para la etapa lógica, para poder amplificar la señal obtenida en tiempo real para actuar sobre el controlador de la bujía. The power supply can supply the equipment at 12 V (automotive) or 24 V (industrial). A 5 V power supply module is also used for the logic stage, in order to amplify the signal obtained in real time to act on the spark plug controller.
Por su parte, los medios de adquisición y control (6) de ensayo comprenden un controlador con un software adecuado para el control y procesado de los datos obtenidos, que presenta una primera unidad (6.1) y una segunda unidad (6.2). For its part, the test acquisition and control means (6) comprise a controller with software suitable for controlling and processing the data obtained, which has a first unit (6.1) and a second unit (6.2).
El control del dispositivo se realiza mediante una instrumentación con capacidad de control en tiempo real y comunicaciones mediante alta frecuencia. Esta etapa del equipo genera una salida digital de actuación con una frecuencia de al menos 20MS/<s>que debe provocar la chispa en la bujía. The device is controlled by means of instrumentation with real-time control capacity and high-frequency communications. This stage of the equipment generates a digital output with a frequency of at least 20 MS/<s> that must cause the spark in the spark plug.
Así pues, la primera unidad (6.1) está configurada para generar una serie de pulsos (8) de carga sobre el circuito lógico de la bobina inteligente (2), y comprende un controlador de potencia cuya función es amplificar el tren de pulsos (8), mientras que la segunda unidad (6.2) comprende en este caso una primera y una segunda entrada analógica que permiten una lectura de la tensión interna de la bujía y la corriente inducida en el primario, respectivamente, y unas salidas analógicas y digitales para control de la actuación sobre el circuito secundario. Thus, the first unit (6.1) is configured to generate a series of charge pulses (8) on the logic circuit of the smart coil (2), and comprises a power controller whose function is to amplify the pulse train (8), while the second unit (6.2) comprises in this case a first and a second analog input that allow a reading of the internal voltage of the spark plug and the current induced in the primary, respectively, and analog and digital outputs for controlling the performance on the secondary circuit.
El software permite, mediante pantallas de diálogo con el operario, introducir la configuración particular del sistema a diagnosticar. The software allows, through dialogue screens with the operator, to enter the particular configuration of the system to be diagnosed.
Como se muestra en la Figura 1, en este modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de diagnóstico comprende además una segunda fuente (9) de alimentación susceptible de conexión al circuito primario a través del conector (4) del circuito de control del motor (3), para aquellos casos en que se pretenda obtener el diagnóstico de un motor (3) que no cuenta con una batería conectada. Así pues, este dispositivo (1), al contar con esta segunda fuente (9) de actuación, puede testear bujías en motores que no están aún conectados a una batería y, por tanto, debe alimentarse la bobina inteligente (2) del sistema de encendido además del dispositivo (1) de diagnóstico. As shown in Figure 1, in this preferred embodiment of the invention, the diagnostic device also comprises a second power supply (9) that can be connected to the primary circuit through the connector (4) of the engine control circuit (3), for those cases in which it is intended to obtain the diagnosis of an engine (3) that does not have a battery connected. Thus, this device (1), by having this second power supply (9), can test spark plugs in engines that are not yet connected to a battery and, therefore, the intelligent coil (2) of the ignition system must be supplied in addition to the diagnostic device (1).
En este modo de realización, el controlador es adecuado para el procesado de los datos en tiempo real. Además, el dispositivo (1) comprende una interfaz (10) que permite su conexión a un software externo, para recopilación de los datos y su procesado al terminar los ensayos. In this embodiment, the controller is suitable for real-time data processing. In addition, the device (1) comprises an interface (10) that allows its connection to external software for data collection and processing at the end of the tests.
En este modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de medición (7) de la intensidad del circuito primario está formado por unas pinzas amperimétricas. En otros modos de realización, dicho dispositivo de medición de la intensidad puede estar formado por una o más resistencias de shunt. In this preferred embodiment of the invention, the device (7) for measuring the intensity of the primary circuit is formed by ammeter clamps. In other embodiments, said intensity measuring device may be formed by one or more shunt resistors.
En esta memoria se propone así mismo un proceso no intrusivo de diagnóstico para sistemas de encendido por chispa en motores (3) de combustión mediante un dispositivo de diagnóstico como el definido previamente. This paper also proposes a non-intrusive diagnostic process for spark ignition systems in combustion engines (3) using a diagnostic device as defined previously.
Como se muestra en la Figura 5, este proceso comprende una primera fase consistente en una conexión (14) del dispositivo (1) al conector (4) del circuito de control del motor (3) y a una primera fuente (5) de alimentación. As shown in Figure 5, this process comprises a first phase consisting of a connection (14) of the device (1) to the connector (4) of the motor control circuit (3) and to a first power supply (5).
La segunda fase está formada por una alimentación del circuito lógico de la bobina inteligente (15) del sistema mediante una secuencia de pulsos (8) de carga, como se muestra en la Figura 2, en la que se representa la actuación sobre la bobina inteligente (2) mediante una serie de pulsos (8) a lo largo del tiempo. The second phase consists of supplying the logic circuit of the smart coil (15) of the system by means of a sequence of charging pulses (8), as shown in Figure 2, in which the action on the smart coil (2) is represented by a series of pulses (8) over time.
Se realizan una pluralidad de repeticiones (R) para determinados valores de tiempo de energización (ET) de la bujía. Estos valores de tiempo de energización están comprendidos entre un valor ETmín correspondiente a un valor que no produce chispa en una bujía para un valor nominal de separación entre electrodos, y un valor ETmáx correspondiente al ET capaz de producir chispa en el 100% de los casos con un valor de separación entre electrodos superior al valor nominal. En este caso, se inicia la alimentación con una primera repetición (R1) de pulsos (8) para un valor ETmín de 40 qs, y se continua con la secuencia de repeticiones (R) para distintos valores de ET, buscando la duración para la cual la chispa salta de forma estocástica, hasta finalizar con una última repetición (R2) correspondiente al valor de ETmáx, que en este modo de realización se considera de valor 600 qs. Por otra parte, en otros modos de realización puede iniciarse la alimentación en sentido contrario, es decir, con una primera repetición para el valor ETmáx y finalizar con una última repetición para el valor ETmín. A plurality of repetitions (R) are carried out for certain spark plug energization time (ET) values. These energization time values are between an ETmin value corresponding to a value that does not produce a spark in a spark plug for a nominal value of separation between electrodes, and an ETmax value corresponding to the ET capable of producing a spark in 100% of the cases with a value of separation between electrodes greater than the nominal value. In this case, the supply is started with a first repetition (R1) of pulses (8) for an ETmin value of 40 qs, and the sequence of repetitions (R) continues for different ET values, searching for the duration for which the spark jumps stochastically, until ending with a last repetition (R2) corresponding to the ETmax value, which in this embodiment is considered to be 600 qs. On the other hand, in other embodiments, feeding can be started in the opposite direction, that is, with a first repetition for the ETmax value and ending with a last repetition for the ETmin value.
Respecto a la separación entre los pulsos, hay que dejar tiempo suficiente para evitar el sobrecalentamiento de la bobina y para dar tiempo al sistema a responder. Así, por ejemplo, si se separan 10 ms, es posible realizar 200 pulsos en 2<s>, lo que permite testear 10 niveles de tiempo de energización con 20 pulsos para cada nivel. Regarding the separation between pulses, sufficient time must be allowed to avoid overheating of the coil and to give the system time to respond. Thus, for example, if they are separated by 10 ms, it is possible to make 200 pulses in 2 s, which allows testing 10 levels of energization time with 20 pulses for each level.
En función de la separación entre electrodos, la chispa empieza a ser inestable a un cierto valor de tiempo de energización. Por ejemplo, para una separación nominal entre electrodos la chispa empieza a ser inestable con un ET menor de 200 μs , mientras que una separación anormalmente baja de los electrodos permite establecer chispa con 150 μs. Depending on the electrode gap, the spark starts to be unstable at a certain energization time value. For example, for a nominal electrode gap the spark starts to be unstable with an ET less than 200 μs, while an abnormally low electrode gap allows spark establishment with 150 μs.
A continuación, tiene lugar una tercera fase en la que se realiza un análisis (16) de la respuesta (11) de corriente en el circuito primario para cada uno de los pulsos (8). La respuesta (11) aparece representada en la Figura 3 y en ella se aprecia la aparición de un pico (12) en la señal de corriente en el circuito primario en algunos pulsos (8), donde este pico (12) determina la existencia de chispa en la bujía. Next, a third phase takes place in which an analysis (16) of the current response (11) in the primary circuit is carried out for each of the pulses (8). The response (11) is represented in Figure 3 and it shows the appearance of a peak (12) in the current signal in the primary circuit in some pulses (8), where this peak (12) determines the existence of a spark in the spark plug.
La detección se hace posible debido a los efectos oscilatorios que se producen durante la descarga del pulso (8) de corriente en el circuito lógico de la bobina inteligente (2). Dado que la separación entre los electrodos de la bujía está fuertemente relacionada con las inestabilidades en la corriente de descarga de la bobina, mediante el análisis de la corriente "reflejada” en el circuito primario, se puede deducir variaciones en el circuito secundario respecto de unas condiciones iniciales de funcionamiento o condiciones de referencia como, por ejemplo: separación anómala de los electrodos de las bujías. Detection is made possible by the oscillatory effects that occur during the discharge of the current pulse (8) in the logic circuit of the smart coil (2). Since the gap between the spark plug electrodes is strongly related to the instabilities in the coil discharge current, by analysing the “reflected” current in the primary circuit, variations in the secondary circuit with respect to initial operating conditions or reference conditions can be deduced, such as: abnormal gap between the spark plug electrodes.
La cuarta fase consiste en la obtención del porcentaje (17) de pulsos (8) que generan chispa para cada valor de ET, así como la comparación de este valor con unas curvas de calibración (13) determinadas para cada valor de separación entre los electrodos de la bujía, como las que se muestran en las Figuras 4.1 y 4.2. The fourth phase consists of obtaining the percentage (17) of pulses (8) that generate spark for each ET value, as well as the comparison of this value with calibration curves (13) determined for each value of separation between the spark plug electrodes, such as those shown in Figures 4.1 and 4.2.
En la Figura 4.1 se representa el porcentaje de eventos con chispa (Eje Y) en función del valor de ET (Eje X) y las curvas se obtienen para distintos valores de separación entre electrodos. Concretamente, se muestra de forma esquemática una primera curva de calibración (C1) correspondiente a una separación insuficiente de los electrodos de la bujía, una segunda curva de calibración (C2) correspondiente a una separación nominal entre los electrodos, y una tercera curva de calibración (C3) para una separación entre electrodos excesiva. Figure 4.1 shows the percentage of spark events (Y axis) as a function of the ET value (X axis) and the curves are obtained for different values of separation between the electrodes. Specifically, a first calibration curve (C1) corresponding to an insufficient separation of the spark plug electrodes, a second calibration curve (C2) corresponding to a nominal separation between the electrodes, and a third calibration curve (C3) for an excessive separation between the electrodes are shown schematically.
En la Figura 4.2 se representa la variación del valor del ET con el que se logra el 50% de eventos con chispa (Eje X) en función de la distancia entre los electrodos (Eje Y). Figure 4.2 shows the variation in the ET value with which 50% of spark events are achieved (X axis) as a function of the distance between the electrodes (Y axis).
Seguidamente tiene lugar la quinta fase que consiste en una valoración del estado de la bujía (19) en función del efecto que causa la existencia o ausencia de chispa y, en función del resultado se determina igualmente el valor concreto de la distancia de separación (18) entre los electrodos de la bujía. The fifth phase then takes place, which consists of an assessment of the state of the spark plug (19) based on the effect caused by the existence or absence of a spark and, based on the result, the specific value of the separation distance (18) between the spark plug electrodes is also determined.
Este valor concreto es posible obtenerlo encontrando el valor del tiempo de energización a partir del cual la chispa de la bujía empieza a fallar, teniendo como dato conocido el valor del tiempo de energización para el que la chispa de la bujía empieza a ser inestable para una separación nominal entre los electrodos, y para otros valores de separación entre electrodos, como por ejemplo, las mencionadas curvas de calibración (13). This specific value can be obtained by finding the value of the energization time from which the spark plug spark starts to fail, having as known data the value of the energization time for which the spark plug spark starts to be unstable for a nominal separation between the electrodes, and for other values of separation between electrodes, such as, for example, the aforementioned calibration curves (13).
En otros modos de realización, cuando se conecta el dispositivo a un motor (3) sin una batería conectada, el proceso presenta una fase adicional de conexión del circuito primario (14.1) a una segunda fuente (9) de alimentación con la que ya cuenta este dispositivo (1). Esta fase adicional tiene lugar tras la fase de conexión del dispositivo (1) al conector (4) del circuito de control del motor y a una primera fuente (5) de alimentación. In other embodiments, when the device is connected to a motor (3) without a battery connected, the process has an additional phase of connecting the primary circuit (14.1) to a second power source (9) that this device (1) already has. This additional phase takes place after the phase of connecting the device (1) to the connector (4) of the motor control circuit and to a first power source (5).
Como se muestra en la Figura 5, en este modo de realización aquí propuesto, en la quinta fase de valoración del estado de la bujía (19) se analiza en primer lugar la existencia o no de corriente (20) en el circuito primario. Si se determina ausencia de corriente (20.1), esto determina la existencia de problemas en el circuito secundario por una bobina no conectada o defectuosa (21). As shown in Figure 5, in this embodiment proposed here, in the fifth phase of assessment of the state of the spark plug (19), the existence or not of current (20) in the primary circuit is first analyzed. If the absence of current (20.1) is determined, this determines the existence of problems in the secondary circuit due to a non-connected or defective coil (21).
Así mismo, si se detecta presencia de corriente (20.2) se debe analizar (22) el valor de esta corriente para determinar si es un valor diferente al valor nominal (22.1) de corriente en dicho circuito primario, en cuyo caso la valoración del estado de la bujía también determina una bobina no conectada o defectuosa (21). Likewise, if the presence of current is detected (20.2), the value of this current must be analyzed (22) to determine if it is a value different from the nominal value (22.1) of current in said primary circuit, in which case the assessment of the state of the spark plug also determines a non-connected or defective coil (21).
S<í>, por el contrario, sí que existe corriente (20.2) pero su valor se corresponde con el nominal (22.2), debe estudiarse la ausencia o presencia de chispa (23) en la bujía. Yes, on the other hand, if there is current (20.2) but its value corresponds to the nominal value (22.2), the absence or presence of spark (23) in the spark plug must be studied.
En caso de que exista presencia de chispa (23.2) se determina del valor concreto de la distancia de separación (18) entre los electrodos de la bujía, obteniendo el valor del tiempo de energización desde el que la chispa de la bujía empieza a fallar, como ya se ha indicado previamente. In the event that a spark is present (23.2), the specific value of the separation distance (18) between the spark plug electrodes is determined, obtaining the value of the energization time from which the spark plug spark begins to fail, as previously indicated.
Por otra parte, en el caso de que exista una ausencia de chispa (23.1), debe analizarse si existe o no un retroceso (24) de energía en el circuito primario, es decir, una descarga de energía magnética de vuelta al circuito primario. En caso de que sí exista un retroceso de la energía (24.1) a través del circuito primario, la valoración del estado de la bujía establece un defecto en dicha bujía (25) o ausencia de la misma. On the other hand, in the event of an absence of spark (23.1), it must be analyzed whether or not there is a return (24) of energy in the primary circuit, that is, a discharge of magnetic energy back to the primary circuit. In the event that there is a return of energy (24.1) through the primary circuit, the assessment of the state of the spark plug establishes a defect in said spark plug (25) or its absence.
Finalmente, si la obtención del porcentaje (17) de pulsos (8) que generan chispa determina la ausencia de chispa (23.1) en la bujía y se determina además una ausencia de retroceso (24.2) de la energía hacia el circuito primario, la valoración del estado de la bujía establece un cortocircuito (26) en ella por contacto entre sus electrodos. En este caso con contacto total entre electrodos de la bujía, se evita la generación de pulsos en todos los casos, pero la descarga se produce directamente a través de la bujía. Finally, if obtaining the percentage (17) of pulses (8) that generate spark determines the absence of spark (23.1) in the spark plug and an absence of return (24.2) of energy to the primary circuit is also determined, the assessment of the state of the spark plug establishes a short circuit (26) in it by contact between its electrodes. In this case with total contact between the spark plug electrodes, the generation of pulses is avoided in all cases, but the discharge occurs directly through the spark plug.
Se aporta así mismo, en la tabla 1, un ejemplo de la lógica de diagnóstico en la detección de patologías a partir de la medida de la corriente en el primario, la capacidad de generar chispas con altos y bajos ET, y la existencia de descargas de energía magnética de vuelta al primario. Table 1 also provides an example of the diagnostic logic in the detection of pathologies based on the measurement of the current in the primary, the ability to generate sparks with high and low ET, and the existence of magnetic energy discharges back to the primary.
Tabla 1 Table 1
Como puede observarse en la tabla 1, además de detectar la distancia anormal entre electrodos, se pueden detectar otros modos de fallo. As can be seen in Table 1, in addition to detecting the abnormal distance between electrodes, other failure modes can be detected.
Así, por ejemplo, cuando sí existe intensidad de carga, pero se detecta una ausencia total de chispa, incluso con ET elevados, se determina un cortocircuito en la bujía por contacto total entre los electrodos. Thus, for example, when there is load intensity, but a total absence of spark is detected, even with high ET, a short circuit in the spark plug is determined by total contact between the electrodes.
Si, por el contrario, existiendo intensidad de carga se detecta ausencia de chispa pero al subir de forma suficiente el tiempo de carga o de energización (ET), sí aparece una descarga inducida en el primario, entonces se determina bujía defectuosa o ausente, significando esto último que existe un mal contacto entre la bujía y la bobina inteligente. If, on the other hand, when there is a load intensity, the absence of spark is detected, but when the load or energization time (ET) increases sufficiently, an induced discharge does appear in the primary, then the spark plug is determined to be defective or absent, the latter meaning that there is poor contact between the spark plug and the smart coil.
Finalmente, como se muestra en la tabla 1, si no existe consumo de carga se determina una defectuosa o no conectada, normalmente por un problema en el cableado. Finally, as shown in Table 1, if there is no load consumption, it is determined to be defective or not connected, normally due to a problem with the wiring.
En un ejemplo práctico de realización de este proceso, se realizó una primera preparación de muestras. In a practical example of carrying out this process, a first sample preparation was carried out.
Así pues, para el estudio de fallos en el sistema de encendido se estudiaron diversos casos de fallo. Thus, for the study of failures in the ignition system, various failure cases were studied.
En primer lugar, para el estudio del efecto de la separación entre los electrodos de la bujía, se prepararon muestras en las que se modificó la distancia entre electrodos mediante deformación mecánica de los mismos. En la Figura 6 se muestra una imagen de las muestras preparadas a tal fin. Firstly, to study the effect of the gap between the spark plug electrodes, samples were prepared in which the distance between the electrodes was modified by mechanical deformation of the same. Figure 6 shows an image of the samples prepared for this purpose.
Estas muestras están preparadas de manera que cada una presenta una distinta separación entre los electrodos. These samples are prepared so that each one has a different separation between the electrodes.
Además, se estudió el efecto de fallos totales: fallos de conexión, bobinas no funcionales, cortocircuito de los electrodos de la bujía y bujía no presente o incapaz de realizar la chispa (extremo abierto). In addition, the effect of total failures was studied: connection failures, non-functional coils, short circuit of the spark plug electrodes and spark plug not present or unable to spark (open end).
A continuación, se realizaron los prototipos del dispositivo. En este modo de realización se implementaron dos versiones del dispositivo. The prototypes of the device were then created. In this embodiment, two versions of the device were implemented.
Tabla 2 Table 2
El prototipo 1 se utilizó en las pruebas iniciales y en él, las señales de los ensayos se procesaron offline una vez finalizados los ensayos. Prototype 1 was used in initial testing and the test signals were processed offline once the tests were completed.
El prototipo 2, por su parte, ofrece una automatización completa del ensayo, y los diferentes pulsos son procesados en tiempo real de forma que es posible detectar la distancia entre electrodos en tiempo real durante la ejecución del ensayo. En la tabla 2 se muestran los componentes empleados en cada prototipo de dispositivo. Prototype 2, on the other hand, offers complete automation of the test, and the different pulses are processed in real time so that it is possible to detect the distance between electrodes in real time during the execution of the test. Table 2 shows the components used in each prototype device.
El siguiente paso es la obtención de los resultados experimentales. The next step is to obtain the experimental results.
Prototipo 1: Prototype 1:
Se realizó inicialmente con pruebas fuera de motor. En el estudio en laboratorio se ha empleado un punto de medida con el motor puesto a tierra para identificar si la chispa puede detectarse indirectamente a partir de la corriente del primario. Lo<s>datos adquiridos se transfirieron automáticamente a un PC, de forma que se pudo automatizar la toma de datos para hacer varios miles de eventos de encendido, hasta las 22369 medidas individuales que se resumen en la Tabla 3. Initially, the tests were carried out off-engine. In the laboratory study, a measurement point with the engine grounded was used to identify whether the spark could be detected indirectly from the primary current. The acquired data were automatically transferred to a PC, so that the data collection could be automated to make several thousand ignition events, up to the 22,369 individual measurements summarized in Table 3.
Tabla 3 Table 3
En la tabla 3 se reflejan los ensayos realizados en laboratorio. En esta tabla se aportan los datos de las bujías 1 a 8 que se muestran en la Figura 6. El número en la tabla entre 0 y 1 hace referencia a la distancia entre electrodos, siendo 1 el valor nominal y 0 el contacto total. Table 3 reflects the tests carried out in the laboratory. This table provides the data for spark plugs 1 to 8 shown in Figure 6. The number in the table between 0 and 1 refers to the distance between electrodes, with 1 being the nominal value and 0 being full contact.
Prototipo 2: Prototype 2:
En una fase posterior del estudio se realizaron las pruebas en el banco de ensayos desarrollado, con las bujías implantadas en el motor, estudiándose más de 4500 puntos en total. In a later phase of the study, tests were carried out on the developed test bench, with the spark plugs installed in the engine, studying more than 4,500 points in total.
Las principales conclusiones de los estudios son las que se detallan a continuación: The main conclusions of the studies are as follows:
1- Comportamiento de las bujías nominales, en condiciones de laboratorio. 1- Behavior of nominal spark plugs, under laboratory conditions.
La intensidad medida a través de la resistencia de shunt en el primario permite la detección de la chispa si la señal se mide a alta frecuencia (de al menos 20 MS/<s>). Aunque una adquisición a 1 MH<z>es capaz de detectar adecuadamente la forma de onda, falla en la detección de los eventos de encendido, tal y como muestra las Figuras 7.1 y 7.2. The current measured across the shunt resistance in the primary allows the detection of the spark if the signal is measured at a high frequency (at least 20 MS/<s>). Although a 1 MH<z> acquisition is able to adequately detect the waveform, it fails to detect the ignition events, as shown in Figures 7.1 and 7.2.
Puede apreciarse en la gráfica superior de la Figura 7.1 la señal bruta (en color gris), y filtrada a 1 MH<z>, mientras que en la gráfica inferior de dicha Figura 7.1 se muestra la firma espectral de la señal. En la Figura 7.2 se representa el sistema automático de segmentación y ajuste del modelo de respuesta. The raw signal (in grey) filtered at 1 MH<z> can be seen in the upper graph of Figure 7.1, while the spectral signature of the signal is shown in the lower graph of Figure 7.1. Figure 7.2 shows the automatic segmentation and adjustment system of the response model.
Así pues, puede apreciarse que, en el momento de cortarse la alimentación del primario (punto A de la Figura 7.2) aparece una oscilación y tras un tiempo de retraso tiene lugar la chispa (punto B1 de la Figura 7.2). Una parte de la energía es devuelta al primario provocando una segunda oscilación del sistema. It can thus be seen that, at the moment the power supply to the primary is cut off (point A in Figure 7.2) an oscillation appears and after a delay time the spark occurs (point B1 in Figure 7.2). Part of the energy is returned to the primary causing a second oscillation of the system.
La magnitud de este reflujo energético y el retraso medido dependen de la intensidad, es decir, del tiempo de carga del primario, tal y como muestran las Figuras 8.1 a 8.4, en las que las bujías se designan con los números 1 a 4. The magnitude of this energy backflow and the measured delay depend on the intensity, i.e. the charging time of the primary, as shown in Figures 8.1 to 8.4, where the plugs are designated with the numbers 1 to 4.
Además, se desarrollaron unas rutinas de segmentación y ajuste automático de un modelo de respuesta, como se muestra en la Figura 7.2. In addition, segmentation routines and automatic adjustment of a response model were developed, as shown in Figure 7.2.
Para valores muy cortos de tiempos de carga, la bujía presenta problemas de estabilidad en la generación de la chispa, como muestran los ensayos con menos de 500 us de tiempo de energización de la Figura 9. En las gráficas de la izquierda y de la derecha de esta Figura 9 se muestra el efecto de la duración de la carga sobre la intensidad y el retraso de la chispa para el caso de delay (d), medido en qs, respectivamente. Como se mostrará más adelante, esta inestabilidad depende fuertemente de la distancia entre los electrodos de la bujía, lo que es aprovechado para el diagnóstico. For very short values of charge times, the spark plug presents stability problems in spark generation, as shown by the tests with less than 500 us of energization time in Figure 9. The graphs on the left and right of this Figure 9 show the effect of the charge duration on the intensity and the delay of the spark for the case of delay (d), measured in qs, respectively. As will be shown later, this instability strongly depends on the distance between the spark plug electrodes, which is used for diagnosis.
2- Comportamiento de las bujías fuera de especificación, en condiciones de laboratorio. 2- Behavior of spark plugs out of specification, under laboratory conditions.
Se modificó la distancia entre electrodos de varias bujías según lo mostrado en la Figura 6 y se volvieron a estudiar las curvas de comportamiento de las bujías. Aunque en los casos de tiempo de carga largo no pudieron encontrarse diferencias significativas, sí se pudo constatar que para tiempos de carga reducidos el porcentaje de éxito en la generación de la chispa es inversamente proporcional a la distancia entre electrodos, tal y como puede observarse en la Figura 10. The gap between the electrodes of several spark plugs was modified as shown in Figure 6 and the spark plug performance curves were studied again. Although no significant differences could be found in the cases of long charging times, it was found that for short charging times the percentage of success in spark generation is inversely proportional to the gap between the electrodes, as can be seen in Figure 10.
En esta Figura 10, se representa la ratio de eventos con chispa exitosa para diferentes distancias entre electrodos (gap), representadas en el eje de abscisas y los tiempos de carga de la bujía, indicados sobre cada gráfica en qs. En ordenadas se dispone la frecuencia de la bujía. In this Figure 10, the ratio of events with successful spark for different distances between electrodes (gap) is represented on the abscissa axis and the spark plug charge times are indicated on each graph in qs. The spark plug frequency is displayed on the ordinate.
Esto es la base del método para el diagnóstico de la distancia entre electrodos: una bujía nominal debe tener un éxito en la generación de la chispa para tiempos de carga largos pero, a la vez, debe no ser capaz de producir la chispa para tiempos de carga reducidos. This is the basis of the method for diagnosing the electrode gap: a nominal spark plug must be successful in generating the spark for long charging times but, at the same time, must not be able to produce the spark for short charging times.
3- Estudio en motor 3- Study in motor
En una fase posterior, se estudió el comportamiento del sistema de encendido con las bujías instaladas en el motor. Las condiciones de implantación difieren significativamente de los trabajos en laboratorio, pues el entorno metálico que proporciona la culata y el bloque tiene influencia sobre la inductancia de la bujía, y la capacidad del motor como tierra del sistema es diferente al dispositivo de laboratorio. Aunque las características generales de la señal se mantienen, el retraso encontrado en la generación de la chispa es muy inferior al de los casos anteriores, tal y como se muestra en la Figura 11. In a later phase, the behaviour of the ignition system with the spark plugs installed in the engine was studied. The implementation conditions differ significantly from the laboratory work, since the metallic environment provided by the cylinder head and the block influences the spark plug inductance, and the engine's capacity as a system ground is different from the laboratory device. Although the general characteristics of the signal are maintained, the delay found in the generation of the spark is much lower than in the previous cases, as shown in Figure 11.
A pesar de esta diferencia en el comportamiento, sigue siendo posible el diagnóstico de la distancia entre electrodos a partir del porcentaje de éxito de la chispa para tiempos de energización bajos. Así, en las Figuras 12.1 y 12.2 se muestra que las bujías con distancia entre electrodos reducidos son capaces de generar la chispa adecuadamente para tiempos inferiores a 150 qs, mientras que aquellas con la separación nominal no pueden. Despite this difference in behaviour, it is still possible to diagnose the gap from the percentage of spark success for low energisation times. Thus, Figures 12.1 and 12.2 show that spark plugs with reduced gaps are able to generate the spark adequately for times below 150 qs, while those with the nominal gap cannot.
Finalmente se estudiaron fallos extremos, como errores en conexiones y bujía mal conectada, ausente o defectuosa. Las Figuras 13.1 a 13.3 ilustran algunos de los ensayos realizados con distintos tiempos de carga y fallos significativos en el sistema de encendido. Finally, extreme failures were studied, such as incorrect connections and poorly connected, missing or defective spark plugs. Figures 13.1 to 13.3 illustrate some of the tests carried out with different load times and significant failures in the ignition system.
La Figura 13.1 muestra un fallo en la conexión de la bujía, la Figura 13.2 muestra un problema de continuidad entre la bobina y la bujía o bien una bujía ausente o defectuosa, mientras que la Figura 13.3 muestra un caso de cortocircuito en la bujía. En esta última figura se reflejan algunas saturaciones en la medida del osciloscopio. Figure 13.1 shows a faulty spark plug connection, Figure 13.2 shows a continuity problem between the coil and the spark plug or a missing or defective spark plug, while Figure 13.3 shows a case of a short circuit in the spark plug. This last figure shows some saturations in the oscilloscope measurement.
Del estudio se puede concluir que es posible diagnosticar el estado de la bujía y el sistema de encendido mediante la medida de la corriente del primario. La tabla 1 resume las diferencias entre los casos estudiados. Un aspecto a considerar es que el diagnóstico del caso de cortocircuito y la distancia entre electrodos fuera de especificaciones precisa la detección de la chispa, por lo que se requieren velocidades de medida en el entorno de 20 MHz. From the study it can be concluded that it is possible to diagnose the condition of the spark plug and the ignition system by measuring the primary current. Table 1 summarizes the differences between the cases studied. One aspect to consider is that the diagnosis of the case of short circuit and gap between electrodes out of specification requires the detection of the spark, so measurement speeds in the range of 20 MHz are required.
4- Integración en tiempo real y validación del tiempo de ciclo. 4- Real-time integration and cycle time validation.
En base a los resultados anteriores, se desarrolló el prototipo 2. El objetivo de dicho prototipo es integrar todas las funcionalidades en un dispositivo compacto e industrializable. Para ello se realizaron los siguientes cambios: Based on the above results, prototype 2 was developed. The objective of this prototype is to integrate all the functionalities into a compact and industrializable device. To achieve this, the following changes were made:
- Se sustituyó la primera unidad para generación de pulsos por una con corriente nominal suficiente para actuar directamente sobre la bobina inteligente (para ello se empleó la tarjeta NI-9477). - The first unit for pulse generation was replaced by one with sufficient nominal current to act directly on the smart coil (the NI-9477 card was used for this purpose).
- Se empleó una tarjeta de adquisición capaz de adquirir a 20 MS/s para medir directamente las señales analógicas en el sistema en tiempo real (tarjeta Nl-9775). - An acquisition card capable of acquiring at 20 MS/s was used to directly measure the analog signals in the system in real time (Nl-9775 card).
- Se emplearon pinzas amperimétricas como alternativa a las resistencias de shunt para no afectar el nivel de tensión de referencia. - Current clamps were used as an alternative to shunt resistors so as not to affect the reference voltage level.
El proceso de ensayo, tal y como se muestra en las Figuras 2 y 3, consiste en la ejecución de un tren de pulsos y el análisis de la corriente resultante. El tiempo del ensayo viene condicionado por la capacidad del sistema para adquirir y tratar esta información en tiempo real. A diferencia de lo que sucedía en el prototipo 1, en el caso del prototipo 2 los datos son analizados en tiempo real. Los ensayos en laboratorio han determinado la factibilidad de realizar el ciclo ‘carga-disparo-medidaanálisis de la señal’ en 5 ms por chispa, lo que permite la ejecución de 200 pulsos/s. De esta forma, es posible probar 10 niveles de ET con 50 pulsos por nivel en 2.5 s, lo que permite verificar un motor de 4 cilindros en 10 s. The test process, as shown in Figures 2 and 3, consists of executing a pulse train and analysing the resulting current. The test time is determined by the system's capacity to acquire and process this information in real time. Unlike what happened in prototype 1, in the case of prototype 2 the data is analysed in real time. Laboratory tests have determined the feasibility of carrying out the 'load-trigger-measure-signal analysis' cycle in 5 ms per spark, which allows the execution of 200 pulses/s. In this way, it is possible to test 10 ET levels with 50 pulses per level in 2.5 s, which allows a 4-cylinder engine to be tested in 10 s.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202430962A ES2996849B2 (en) | 2024-11-21 | 2024-11-21 | NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202430962A ES2996849B2 (en) | 2024-11-21 | 2024-11-21 | NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2996849A1 true ES2996849A1 (en) | 2025-02-13 |
| ES2996849B2 ES2996849B2 (en) | 2025-09-16 |
Family
ID=94537193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202430962A Active ES2996849B2 (en) | 2024-11-21 | 2024-11-21 | NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2996849B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5363045A (en) * | 1992-08-27 | 1994-11-08 | Martin George G | Hand-held non-contacting electric field detection tool |
| US5396176A (en) * | 1991-09-30 | 1995-03-07 | Hitachi, Ltd. | Combustion condition diagnosis utilizing multiple sampling of ionic current |
| JP2006177825A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Toyota Motor Corp | Engine rotation period measuring instrument |
| US20200300209A1 (en) * | 2019-03-21 | 2020-09-24 | Hyundai Motor Company | Self-diagnosis method for ignition coil, electronic control unit for performing the self-diagnosis, and self-diagnostic signal generator for the self-diagnosis |
-
2024
- 2024-11-21 ES ES202430962A patent/ES2996849B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5396176A (en) * | 1991-09-30 | 1995-03-07 | Hitachi, Ltd. | Combustion condition diagnosis utilizing multiple sampling of ionic current |
| US5363045A (en) * | 1992-08-27 | 1994-11-08 | Martin George G | Hand-held non-contacting electric field detection tool |
| JP2006177825A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Toyota Motor Corp | Engine rotation period measuring instrument |
| US20200300209A1 (en) * | 2019-03-21 | 2020-09-24 | Hyundai Motor Company | Self-diagnosis method for ignition coil, electronic control unit for performing the self-diagnosis, and self-diagnostic signal generator for the self-diagnosis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2996849B2 (en) | 2025-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102893000B (en) | Diagnosis apparatus and the method for in-cylinder pressure sensor is used in explosive motor | |
| JP5162018B2 (en) | Fault detection in the injector | |
| CN105658937B (en) | Method for monitoring the operation of sensor | |
| JPH10252635A (en) | Engine combustion state detection device with failure diagnosis device | |
| US7124019B2 (en) | Powertrain control module spark duration diagnostic system | |
| CN115200880A (en) | Engine spark plug fault diagnosis method and device and vehicle | |
| Cavina et al. | Misfire and partial burn detection based on ion current measurement | |
| ES2996849B2 (en) | NON-INTRUSIVE DIAGNOSTIC DEVICE FOR SPARK IGNITION SYSTEMS IN COMBUSTION ENGINES AND DIAGNOSTIC PROCESS USING IT | |
| US7550974B2 (en) | Ignition coil tester apparatus and method | |
| CN102171431B (en) | Method for testing the functional soundness of at least one injection valve | |
| CN102606326A (en) | Method and system for ensuring faults of oil injector | |
| RU99075U1 (en) | DEVICE FOR COMPUTER DIAGNOSTICS OF ICE | |
| CN111094715B (en) | Method for analyzing the operation of a decontamination system of a motor vehicle | |
| CN115822837A (en) | Ignition system fault diagnosis method and device, engine and storage medium | |
| Mączak et al. | New approach of model based detection of early stages of fuel injector failures | |
| Bagade et al. | A novel design of engine misfire detection system suitable for small capacity si engine for two wheeled vehicle | |
| ES2294608T3 (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR MONITORING AND EVALUATING THE OPERATION OF A PIEZOELECTRIC ACTUATOR. | |
| US6357428B1 (en) | Process and apparatus for determining the breakdown voltage during the ignition of an internal-combustion engine | |
| RU2292578C2 (en) | Automobile pickups intellectual diagnostics method and apparatus for performing the same | |
| US7246006B2 (en) | Method and systems for determining internal combustion engine cylinder condition | |
| KR101518383B1 (en) | Method for Engine Cylinder inharmony | |
| EP2314863A1 (en) | A device to monitor glow plugs in a vehicle | |
| KR101387421B1 (en) | Vehicle Analysis Apparatus Using Earth Level Signal | |
| KR100379696B1 (en) | Method for finding troubles of ecectronic control engine of vehicle by measurement of injection signals and igniion signals | |
| KR100405036B1 (en) | Method for finding cylinder with minute irregularity of electric control engine of vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2996849 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20250213 |