Brevet FR2882397A1 — publié le 20060825

La présente invention concerne un système de réduction de la quantité de gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel moteur Diesel dont la ligne d'échappement est munie de moyens de dépollution associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur est également associé à un circuit de liquide de refroidissement dont la température est contrôlée par un thermostat piloté par des moyens de commande. On sait que les moteurs Diesel de véhicules automobiles sont asso-ciés à des moyens de traitement de leurs émissions polluantes, ces moyens de traitement comprenant par exemple des pièges à NOx, des filtres à particules, des catalyseurs d'oxydation, etc. Ces différents systèmes ont été développés pour permettre à ces véhicules et plus particulièrement à ces moteurs, de fonctionner en respectant des 15 normes de dépollution de plus en plus sévères. Ainsi par exemple, des systèmes de dépollution des gaz d'échappement comportant des moyens de type piège à NOx sont actuellement très prometteurs. Cependant, la gestion de leur efficacité nécessite de générer une atmosphère de gaz alternativement pauvre et riche pour procéder à la purge des espèces gazeuses NOx et SOx présentes dans la ligne d'échappement et qu'ils adsorbent dans leur structure. A cet effet, on utilise une ou plusieurs post-injections de gazole dans les chambres de combustion du moteur. Il en résulte une quasi totale consomma- tion de l'oxygène des gaz d'échappement, permettant ainsi de porter la richesse de ces gaz d'échappement traversant le piège, au-delà de 1, mais également une dilution progressive de l'huile de lubrification du moteur par du gazole. Ce phénomène de dilution de l'huile de lubrification est essentielle-ment dû au phasage tardif de la ou des post-injections à mettre en oeuvre, pour passer en richesse supérieure à 1, qui conduisent à injecter du gazole en dehors du bol des pistons. Les jets de gazole atteignent alors les parois des chambres de combustion et diluent le film d'huile présent sur celles-ci. Le mélange huile/gazole résultant passe alors facilement au travers de l'étanchéité de la segmentation des pistons et parvient ainsi dans le bac à huile du moteur. Ce phénomène de dilution est similaire à celui qui est conséquent aux stratégies de contrôle moteur mises en oeuvre pour permettre par exemple la ré- génération des filtres à particules, puisque de la post-injection est également requise pour chauffer les gaz d'échappement à un niveau de température suffisant pour permettre d'atteindre la température de combustion des suies carbonées retenues sur un tel filtre à particules. Au bout de 20000 kilomètres, le taux de dilution mesuré sur les applications série en véhicule, est généralement compris entre 4 et 6%. Une motorisation de véhicule automobile comportant un filtre à particules et un système de post-traitement deNOx est donc fortement soumise au phénomène de dilution de son huile de lubrification, du fait de la grande fréquence de purge des NOx qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre (par rapport aux fréquen- ces de régénération d'un filtre à particules), pour maintenir l'efficacité de conversion des NOx du catalyseur (en moyenne une purge toutes les 1 à 3 minutes) et du besoin d'ajouter des phases de purge des sulfates. Pour ces dernières, les fréquences de purge sont moins importantes que celles des régénérations du filtre à particules, mais les niveaux de postinjection doivent à la fois permettre de monter les gaz d'échappement à haute température (supérieure à 650 C) et à richesse supérieure à 1. La résultante des effets purges de NOx + purges de SOx + régénération FAP conduit à une dilution de l'huile de lubrification par du gazole qui dépasse généralement 30% en masse sur 30000 kilomètres, si aucune correction n'est apportée pour la réduire au cours du fonctionnement du moteur, alors que la limite acceptable pour les huiles de lubrification des moteurs Diesel actuelle-ment utilisées, se situe en dessous de 9%. Ces niveaux de dilution de carburant dans l'huile ont alors plusieurs conséquences: - une baisse de viscosité de l'huile qui a des récupérations sur la pression d'huile (cisaillement de l'huile, grippage moteur ou casse moteur), - accélération du vieillissement de l'huile (oxydation), corrosion des matériaux ayant un impact sur l'étanchéité du circuit d'huile, et - dilution de la teneur en additifs introduits dans l'huile de lubrification pour accroître ses performances physiques et chimiques. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un système de réduction de la quantité de gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dont la ligne d'échappement est munie de moyens de dépollution, associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur est associé à un circuit de liquide de refroidissement dont la température est contrôlée par ther- mostat piloté par des moyens de commande à une valeur de seuil de température bas ou à une valeur de seuil de température haut, caractérisé en ce que les moyens de commande sont adaptés pour piloter le thermostat à sa valeur de seuil bas lorsqu'une régénération est déclenchée et que le régime de rotation du moteur est supérieur à une valeur de seuil de régime prédéterminée et que le couple délivré par le moteur est supérieur à une valeur de seuil de couple prédéterminée et à sa valeur de seuil haut dans les autres cas de fonctionnement du moteur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la valeur de seuil de régime est égale à la valeur du régime maximal 20 du moteur divisée par deux; - la valeur de seuil de couple est égale à la valeur du couple maximal du moteur divisée par deux; - la valeur de seuil de température haut est égale à 105 C; - la valeur de seuil de température bas est égale à 85 C. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un moteur de véhicule automobile, associé à un système de réduction de dilution selon l'invention; et - la Fig.2 illustre la commande d'un thermostat entrant dans la constitution d'un système selon l'invention. Le principe de base du système selon l'invention consiste à limiter forcément le phénomène de condensation du gazole sur le film d'huile dans une chambre de combustion d'un moteur et à faciliter l'évaporation des hydrocarbures du gazole présents dans l'huile de lubrification. La température du mélange huile/carburant située dans le carter du moteur est généralement comprise entre 90 et 120 C suivant le type de roulage que le véhicule adopte. Ces niveaux de température sont la résultante des températures rencontrées à divers endroits dans le bloc moteur. Sur ce point, il est important de rappeler que des niveaux de température importants sont atteints au niveau des têtes et des segments de piston, comme par exemple de l'ordre de 270 C, pour un moteur à rampe commune d'alimentation. Au contact de ces en- droits, le mélange huile/gazole a tendance à s'évaporer, les vapeurs d'hydrocarbures qui en résultent remplissent alors l'ensemble du volume interne du moteur. Une partie d'entre elles se condense sur les parois froides internes du bloc moteur, tandis qu'une autre partie est condensée dans un décanteur interne ou externe au bloc moteur, positionné dans le circuit de mise à la pression at- mosphérique du bloc moteur (également appelé blow-by ). Il est à noter que la problématique de dilution de l'huile moteur par la gazole est différente de celle de la dilution de l'huile moteur par de l'essence. En effet, pour cette dernière, les températures présentes dans le moteur entraînent l'évaporation rapide de l'essence, ce qui génère une très faible augmentation du taux d'essence dans l'huile au cours de l'intervalle de vidange, le temps de présence de l'essence dans l'huile étant inférieur à quelques heures. Dans le cas de la dilution d'huile par le gazole, l'évaporation horaire du gazole, composé de molécules beaucoup plus lourdes, correspond au 1/10ème de la dilution horaire pour une cartographie de filtre à particules par exemple. Ainsi, la teneur en gazole ne cesse de croître au cours de l'intervalle de vidange, amenant à un taux de gazole dans l'huile critique pour la vie du moteur. Il est à noter que la température des cylindres sur lesquels s'écoule le film d'huile découle principalement de la température du liquide de refroidisse-ment du moteur. Cette dernière est générale proche de 85 C pour un réglage thermostat usuel. L'énergie de miscibilité du gazole dans l'huile étant proportionnelle à une exponentielle de la température des parois des cylindres, plus la température du liquide de refroidissement est élevée, moins le phénomène de condensation est important et cela pour tout type d'huile moteur et de gazole. Des essais moteur ont montré pour différentes technologies d'huile moteur et pour les différentes coupes kérosène, gazole et fuel, qu'une augmentation de la température du liquide de refroidissement de 10 ou 20 C entraînait une diminution de la dilution horaire de 40 à plus de 250%. Le principe physico-chimique de l'invention repose alors sur le fait qu'il convient d'augmenter la température du liquide de refroidissement du moteur du véhicule afin de limiter le phénomène de condensation du gazole sur le film d'huile et de faciliter l'évaporation des hydrocarbures du gazole présents dans l'huile de lubrification, soit en continu à l'aide d'un thermostat fixé à plus haute température, soit en anticipation des post-injections importantes dues à la De- NOx, la DeSOx, etc.. Dans le système selon l'invention, on utilise un thermostat piloté pour commander cette température du liquide de refroidissement. Ceci est par exemple illustré sur la figure 1, où l'on reconnaît un moteur de véhicule automobile, par exemple Diesel, désigné par la référence générale 1, dont la sortie est associée à une ligne d'échappement 2 dans laquelle sont intégrés des moyens de dépollution désignés par la référence générale 3. De façon classique, un tel moteur est associé à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres du moteur. De plus, le moteur est également associé à un circuit de liquide de refroidissement, désigné par la référence générale 4, dont la température est contrôlée par un thermostat 5 piloté par des moyens de commande 6 à une va-leur de seuil de température bas ou à une valeur de seuil de température haut. Le circuit de liquide de refroidissement comporte alors de façon classique, un radiateur désigné par la référence générale 7, la circulation du liquide dans ce radiateur ou en parallèle aux bornes de celui-ci, dans un passage de dérivation, étant pilotée par le thermostat pour contrôler la température du liquide de refroidissement dans le moteur. Un thermostat est en effet un actionneur thermomécanique qui permet de réguler la température du liquide de refroidissement en sortie du moteur par le contrôle du débit de fluide dirigé vers le radiateur. La particularité d'un thermostat piloté par rapport à un thermostat traditionnel, caractérisé par une température d'ouverture fixe, par exemple à 85 C pour les moteurs Diesel, est de comporter une température d'ouverture dans une plage élargie. La plage de régulation de la température du liquide se translate alors continûment en fonction d'une température de consigne/commande du thermostat piloté. Pour une plage fixée, l'ouverture du thermostat est fonction de la température du liquide en sortie du moteur, cette température de consigne pouvant avoir des valeurs comprises par exemple entre une valeur de seuil bas, par exemple à 85 C et une valeur de seuil haut, par exemple à 105 C. Lorsqu'il n'est pas commandé, c'est-à-dire qu'il n'est pas alimenté, le thermostat piloté commence à s'ouvrir à 105 C (valeur de seuil haut), tandis que lorsqu'il est alimenté à 100%, le thermostat piloté commence à s'ouvrir à 85 C (valeur de seuil bas). L'objectif idéal serait de réguler la température à 105 C, c'est-à-dire sur la valeur de seuil haut, sur un maximum de points de fonctionnement du mo- teur, pour aboutir à un fonctionnement chaud le plus souvent possible, et donc un gain maximal en consommation et en dilution du gazole. Cependant, afin de ne pas engendrer de vieillissement prématuré des pièces et du lubrifiant, cette va-leur de seuil haut ne sera utilisée plus généralement que pour les faibles charges du moteur, c'est-à-dire les points de fonctionnement où les post-injections sont plus importantes et donc où le phénomène de dilution de l'huile par le gazole est le plus important. De façon usuelle, les points de fonctionnement du cycle MVEG se situent dans la partie de la cartographie moteur où le thermostat est régulé sur la valeur de seuil haut, c'est-à-dire à 105 C par exemple. Un critère thermique est alors appliqué à cette cartographie pour garantir la tenue du moteur aux contraintes thermodynamiques issues de la combustion sur l'architecture moteur. Ainsi, les moyens de pilotage 6 du thermostat piloté sont raccordés à des moyens de mesure du régime de rotation du moteur désignés par la référence générale 8 et à des moyens de détermination du couple de celui-ci désignés par la référence générale 9, de même qu'à des moyens de détection 10 d'une régénération des moyens de dépollution pour comme cela apparaît plus clairement sur la figure 2, piloter le thermostat 5 à sa valeur de seuil de température bas lorsqu'une régénération est déclenchée et que le régime de rotation du moteur est supérieur à une valeur de seuil de régime prédéterminée et que le couple délivré par le moteur est supérieur à une valeur de seuil de cou- ple prédéterminée et à sa valeur de seuil haut dans les autres cas de fonctionnement du moteur. La valeur de seuil de régime peut par exemple être égale à la valeur de régime maximal possible du moteur divisée par deux. La valeur de seuil de couple peut par exemple être égale à la valeur de couple maximal possible du moteur divisée par deux. La valeur de seuil de température haut peut être fixée par exemple à 105 C, tandis que la valeur de seuil de température bas peut par exemple être fixée à 85 C. Sur la figure 2, la zone grisée correspond effectivement à ce pilotage du thermostat, à sa valeur de seuil haut en cas de détection du déclenchement d'une régénération et lorsque le régime et le couple répondent aux conditions décrites précédemment. Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. REVENDICATIONS 1. Système de réduction de la quantité de gazole dans l'huile de lubrification d'un moteur Diesel (1) de véhicule automobile, dont la ligne d'échappement (2) est munie de moyens de dépollution (3), associés à des moyens de régénération mettant en oeuvre des post-injections de carburant dans les cylindres de celui-ci et dans lequel le moteur est associé à un circuit (4) de liquide de refroidissement dont la température est contrôlée par thermostat (5) piloté par des moyens de commande (6) à une valeur de seuil de température bas ou à une valeur de seuil de température haut, caractérisé en ce que les moyens de commande (6) sont adaptés pour piloter le thermostat (5) à sa valeur de seuil bas lorsqu'une régénération est déclenchée (10) et que le régime de rotation (8) du moteur est supérieur à une valeur de seuil de régime prédéterminée et que le couple (9) délivré par le moteur est supérieur à une valeur de seuil de couple prédéterminée et à sa valeur de seuil haut dans les autres cas de fonctionnement du moteur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil de régime est égale à la valeur du régime maximal du moteur divisée par deux. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la va-20 leur de seuil de couple est égale à la valeur du couple maximal du moteur divisée par deux. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de seuil de température haut est égale à 105 C. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la valeur de seuil de température bas est égale à 85 C.