Brevet FR2886976A1 — publié le 20061215

Méthode pour détecter le niveau d'oxydation d'une huile moteur et recommander une vidange [0001 La présente invention concerne généralement les systèmes de lubrification des moteurs à combustion interne et plus particulièrement une méthode pour estimer le niveau d'oxydation d'une huile moteur et recommander une vidange à bon escient. 2] Ces dernières années, les nombreuses améliorations apportées tant au niveau des moteurs à combustion interne qu'au niveau des huiles de lubrification ont permis d'espacer de façon notable la fréquence des vidanges recommandées par le constructeur pour un fonctionnement optimal du véhicule. Néanmoins, la clientèle automobile reste sensible sur ce point et exprime un voeu persistant de réduction encore accrue de la fréquence des vidanges. 3] Le plus souvent, les recommandations des constructeurs sont basées sur des critères élémentaires relativement empiriques tels que le kilométrage parcouru et/ou la durée écoulée depuis la dernière vidange. Or, l'usure d'une huile moteur dépend certes du kilométrage parcouru mais aussi, et surtout, des conditions dans lesquelles ces kilomètres ont été parcourus, en particulier du type de parcours (cycle urbain, autoroute, etc.), de la vitesse du véhicule et du type de conduite adoptée par le conducteur. 4] Pour mieux prendre en compte certains de ces paramètres, on a proposé des algorithmes qui pondèrent le facteur par la température de l'huile. Néanmoins, ces algorithmes ne font qu'estimer l'usure supposée de l'huile et non son usure effective essentiellement liée à son oxydation. Or cette usure effective dépend également de paramètres extrinsèques très difficilement pris en compte. Par exemple, la rapidité avec laquelle une huile pour moteurs se dégrade dépend aussi de la qualité de l'huile utilisée. Si les algorithmes sont basés sur l'hypothèse de l'utilisation d'une huile de relativement mauvaise qualité (peu fluide), les usagers qui privilégient la qualité sont incités à remplacer une huile pourtant faiblement oxydée. 5] Un autre facteur à prendre en compte est celui du rafraîchissement de l'huile par appoint. En effet, il est bien connu que la fréquence des vidanges peut être réduite si le volume d'huile est augmenté. Et de fait, de nombreux véhicules sont de nos jours équipés de réservoir à huile de contenance accrue par rapport à ce qui existait il y a quelques années. Néanmoins, il est clair qu'un tel accroissance du volume du réservoir à des limites, tant au niveau de l'encombrement qu'au niveau de l'acceptabilité par la clientèle sensible au coût du remplacement de tout le volume d'huile. Mais de nombreux usagers obtiennent un effet similaire en ajoutant des petites quantités d'huile fraîche de façon régulière entre deux opérations de vidange. Là encore, ceci contribue à une moindre dégradation de l'huile et donc à la possibilité d'un espacement des vidanges, possibilité qui ne pourra certes pas être prise en compte par un algorithme basé sur un modèle simple comme ceux évoqués plus haut. 6] L'usure d'une huile moteur est essentiellement liée à son oxydation qui a quatre conséquences directe: l'augmentation de la viscosité de l'huile, l'augmentation de l'acidité de l'huile, la formation de dépôts, vernis et boues et le noircissement de l'huile. Ces facteurs sont utilisés, seuls ou en combinaison, par des techniques de laboratoire basées sur des prélèvements. A l'évidence, ces techniques ne sont pas adaptées pour des véhicules de particulier et en soi, ne sont pas une solution à la demande d'un entretien simplifié. 7] Il subsiste donc un besoin d'un moyen simple pour recommander une vidange de façon opportune, en tenant compte de l'état réel d'oxydation de l'huile de lubrification. 8] Selon une première variante de l'invention, ce but est atteint par un dispositif d'optimisation de la maintenance d'un véhicule automobile comportant des moyens pour déterminer une dérivée au cours du temps de la pression de l'huile de lubrification en entrée de moteur et des moyens pour alerter le conducteur lorsque la ou lesdites dérivées atteignent des seuils prédéfinis. 9] La mise en oeuvre de l'invention suppose ainsi l'acquisition de la pression d'huile de lubrification en entrée de moteur, à une température connue et des moyens pour calculer la dérive de cette pression avec le temps. A noter que l'échelle de temps ici considérée est celle du temps de fonctionnement du moteur du véhicule, le temps ne s'écoulant pas lorsque le moteur est à l'arrêt. 0] Selon un mode de réalisation de l'invention plus particulièrement préféré, cette mesure se fait dans des conditions de température et de régime moteur constante. De préférence, ces conditions sont choisies hors de la phase de démarrage du moteur, aussi cette mesure de pression est effectuée de préférence lorsque la température atteint par exemple un minimum de 50 C et lorsque le moteur tourne au moins à 1500 tours par minute. Par contre, il est souhaitable que ces points de référence ne soient pas trop élevés afin d'être atteints sur une majorité des parcours effectués par le véhicule, notamment ne pas imposés un régime moteur qui ne serait pas systématiquement atteint si le véhicule est essentiellement utilisé pour des parcours en zone urbaine. 1] Le procédé selon l'invention étant basé sur l'étude d'une fonction dérivée, il permet de prédire l'évolution de la viscosité et donc de recommander une vidange par exemple avant d'avoir à nouveau parcouru mille kilomètres, sans diffusion d'un message comminatoire qui pourrait alerter inutilement certains conducteurs. 2] Dans une variante plus particulièrement préférée de l'invention, la dérive du gradient de viscosité est également calculée ce qui permet de rendre les alertes plus robustes, en évitant notamment la perturbation lors des appoints d'huile. 3] D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent de l'exemple de réalisation décrit ci-dessous en se référant aux dessins annexés dans 20 lesquels: É la figure 1 est une vue simplifiée du circuit de graissage d'un moteur; É la figure 2 est un modèle simplifié du circuit de lubrification à iso régime et iso température d'huile; É la figure 3 montre la relation entre la viscosité d'une huile et la pression en 25 entrée de moteur; É la figure 4 montre l'évolution de la viscosité de l'huile de lubrification en fonction du kilométrage parcouru pour différents types d'huile; É la figure 5 montre l'évolution de la viscosité, et du gradient de viscosité, en fonction du kilométrage parcouru après un renouvellement complet de l'huile de lubrification; É la figure 6 montre l'évolution de la viscosité, et du gradient de viscosité, dans les premières heures suivant une vidange, correspondant à la partie cerclée de la figure 5; É la figure 7 est une vue analogue à la figure 5, dans laquelle on a représenté de plus l'allure de la dérivée seconde de la fonction de la viscosité en fonction du temps. 4] On a représenté sur la figure 1 un schéma d'un circuit de graissage d'un moteur. Une pompe à huile 1 aspire le l'huile du carter ici non représenté au travers d'une crépine 2. L'huile est acheminée vers un filtre à huile 3 et un échangeur 4 pour son refroidissement. L'huile propre est refroidie est conduite vers la rampe principale 5 pour une distribution sous pression aux différents éléments à lubrifier. Un clapet de décharge 6 permet de réguler la pression d'huile quelque soit la vitesse de rotation du moteur. 5] Cette distribution s'effectue selon un premier circuit 7 vers les organes mécaniques contenus dans le carter du bloc moteur, notamment les tourillons du vilebrequin (buses 8) et les têtes de bielles. 6] Par un second circuit de lubrification, l'huile est également dirigée vers les organes de la culasse, via la montée vers la culasse 9, pour lubrifier en particulier les paliers de l'arbre à cames et les poussoirs hydrauliques (buses 10). Sur cette figure, on a également schématisé l'électrovanne 11 qui alimente le déphaseur d'arbre à cames. 7] De façon générale, la rampe principale est équipée d'un manocontact par exemple en position 12 qui génère un signal d'alarme si la pression descend en dessous d'une certaine pression critique, autrement dit si le moteur n'est plus lubrifié. Ce signal d'alarme est typiquement relayé au niveau du tableau de bord par un témoin lumineux rouge ordonnant au conducteur de stopper le véhicule dans les plus brefs délais. Ce manocontact est donc du type tout ou rien et de fait, se déclenche rarement avant que l'arrêt de la lubrification n'entraîne une casse moteur. 8] Selon l'invention, la rampe principale est également équipée d'un capteur de pression (qui peut éventuellement jouer de plus la fonction du manocontact). 9] Si l'on considère le schéma simplifié du circuit de lubrification tel que représenté figure 2, dans l'hypothèse d'un clapet de décharge fermé, on peut le résumer comme comportant un carter d'huile 20, une pompe à huile 21, un filtre à huile 22, des pertes de charge du moteur 23 et un clapet de décharge 24. La rampe principale 25 correspond au conduit entre le filtre 22 et le moteur. 0] Si on suppose le clapet de décharge fermé, la pression en entrée de moteur, autrement dit dans la rampe principale 25, est une résultante du débit d'huile en sortie de la pompe 21, de la perte de charge du moteur et de la viscosité de l'huile. Selon l'invention, un capteur de pression est ainsi placé dans la rampe principale 25. 1] Le générateur de débit est typiquement une pompe de type volumétrique. Pour un régime et une température d'huile donnée, la pompe est donc conçue pour fournir un débit de sortie fixe. Si on admet que la dérive de performance de la pompe (considérant à son usure) est beaucoup plus lente que l'oxydation de l'huile, on peut admettre que le débit est bien une constante pour des conditions de régime moteur et température fixes. 2] Les pertes de charge du moteur sont supposées constantes à régime moteur N et température d'huile T constants. Donc, la pression d'entrée peut être considérée comme une image directe de la viscosité de l'huile, comme représenté figure 3 qui montre l'évolution de la viscosité en fonction de la pression dans la rampe principale. Dans une première approximation, cette fonction peut être considérée comme affine, c'est-àdire que la viscosité est supposée proportionnelle à la pression dans la rampe principale. (viscosité = K * Pression _ rampe)T,,N [0023] L'évolution de la pression d'huile dans la rampe principale est donc elle-même le reflet de l'évolution de cette viscosité. La connaissance de la température de l'huile, de la pression dans la rampe et du régime moteur sont donc les seuls éléments nécessaires pour évaluer la viscosité de l'huile. Comme indiqué précédent, la pression peut être mesurée par un capteur de pression. La température est soit déterminée par le système de façon connue, soit également mesurée par un capteur de température placé également dans la rampe. Le régime moteur doit être aussi connu à tout instant, mais cette donnée est généralement déjà disponible car nécessaire notamment pour le pilotage de l'injection. 4] La figure 4 illustre l'évolution de la viscosité de l'huile en fonction du kilométrage parcouru. Avec une huile H1 de base, en prenant comme kilomètre zéro le kilométrage correspondant à la dernière vidange, on observe que la viscosité est initialement pratiquement constante, puis croît significativement pour dépasser une viscosité de référence maxima tolérée. Quand le kilométrage K1 est atteint, il est souhaitable de renouveler l'huile. Une autre huile, comme par exemple l'huile H2, tout en ayant au départ une viscosité semblable à la viscosité de l'huile H1 peut mieux vieillir et autoriser un kilométrage K2 plus élevé que K1. A noter que l'expression autre type d'huile recouvre également le cas d'une huile soumise à un autre type de conduite, et qui aura un vieillissement différent du fait du conducteur non nécessairement de la qualité intrinsèque de l'huile utilisée. Une huile d'un grade inférieure (plus visqueuse au départ) peut en fonction de son vieillissement n'autoriser qu'un kilométrage encore moindre. 5] La demande de brevet US 2004/0211246 propose d'utiliser cette relation affine pression/viscosité pour générer un signal avertissant le conducteur lorsque son huile est usagée. Pour autant, cette demande de brevet ne tient pas compte d'un autre facteur illustré figure 4 à savoir que la dégradation n'est pas identique d'une huile à l'autre. Le comportement en température (et notamment la diminution de la viscosité avec une augmentation de la température) dépend d'une huile à l'autre. Une huile plus visqueuse à froid n'est donc pas nécessairement un problème si sa viscosité à chaud reste en dessous d'un certain seuil. La mesure par la dérivée comme selon l'invention, permet par contre de bien s'affranchir de ce problème. Par exemple, dans le cas de l'huile H2, la viscosité reste bonne pendant plus longtemps qu'avec les deux autres huiles mais la dégradation est très marquée. A l'inverse, dans le cas de l'huile H3, la viscosité limite est atteinte plus rapidement mais ne croît pas significativement juste après. Retarder le changement d'huile après que le témoin d'alarme se soit déclenché est donc en pratique moins dangereux avec l'huile H3 qu'avec l'huile H2 pourtant intrinsèquement de meilleure qualité. 6] La présente invention permet d'obvier ce problème en ne considérant pas uniquement la valeur de la pression (et donc indirectement de la viscosité) mais aussi la dérivée au fil du temps de cette pression. 7] Dans une première variante de l'invention, on peut mesurer de façon répétée, par exemple toutes les 5 minutes, la valeur de la pression ainsi que le régime moteur et la température d'huile à l'instant de cette mesure. Ces mesures donnent tout un échantillon de valeurs dont on peut extraire des valeurs représentatives, par exemple les points correspondants à un régime moteur moyen (typiquement compris entre 1500 et 2500 tours) et une température moyenne (typiquement comprise entre 50 C et 150 C. A noter que ces valeurs sont de préférence telles qu'elles sont atteintes sur la plupart des trajets effectués par le véhicule, même si le véhicule est utilisé presque exclusivement en cycle urbain. On évitera toutefois de choisir une température trop basse qui risque d'être systématiquement dépassée en saison chaude, ni un régime trop bas qui peut subir des perturbations indépendantes de l'usure de l'huile. 8] Dans une seconde variante de l'invention, la valeur de la pression mesurée n'est mémorisée que si elle répond aux conditions de régime et de température. Cette variante est préférée dans la mesure où elle permet d'éviter un trop grand d'accroissement de la masse de données mémorisées. 9] Si on choisit de se placer dans des conditions T, N connues et qui se produisent de façon répétées dans la vie d'un véhicule, par exemple un régime moteur de 2000 tours minute, et une température de 80 C, on observe comme illustré figure 5 que lorsque la viscosité critique (notée Seuil_0) est atteinte, la dérivée première (gradient par rapport au temps ou au kilométrage) correspond à un stade où la dérivée première de la viscosité est pratiquement constante et au dessus d'un certain seuil critique ici noté Seuil 1. 0] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'alerte vidange peut donc être déclenchée si d (vis cos ité) > Seuil 1 dt [0031] Dans une seconde variante de l'invention, un critère supplémentaire est imposé, à savoir que la dérivée première ne doit pas être négative. 2] En effet, suite à un apport d'huile neuve du fait d'une vidange, dans les premières heures de fonctionnement du moteur, l'huile est soumise à des efforts de cisaillement qui entraînent une diminution initiale de sa viscosité. C'est ce qui est illustré figure 6 qui montre l'évolution de la viscosité et du gradient de viscosité pendant cette phase initiale de rodage de l'huile. A noter qu'un phénomène similaire de diminution de la viscosité de l'huile se produit également suite à un remplissage d'appoint, et là encore ce second critère permet d'éliminer des alertes intempestives. Lors de la phase de rattrapage, lorsque la viscosité de l'huile recommence à augmenter, la valeur de la dérivée première redevient positive, mais reste inférieure à la valeur Seuil_1 (les courbes ne sont données que pour illustrer les différents phénomènes et les valeurs de pentes ne doivent pas être interpolées d'une figure à l'autre). 3] Il est aussi avantageux de calculer la dérivée seconde de l'évolution de la viscosité dans le temps. En effet, comme schématisé figure 7, lorsque la viscosité est supérieure à une valeur critique Seuil 0, la dérivée est supérieure à Seuil_1 et la dérivée seconde est inférieure à une troisième valeur critique Seuil_2. Cette valeur Seuil_2 est atteinte quand l'oxydation de l'huile commence à se stabiliser. 4] Il est donc avantageux de fixer un nouveau critère pour une alerte vidange, à savoir d2(vis cos ité) Seuil 2 dt2 [0035] Avantageusement, cette valeur critique Seuil_2 ne dépend pas du type de lubrifiant utilisée par le client, ce qui rend la méthode beaucoup plus robuste. 6] L'observation de la figure 7 montre de plus que la courbe représentative de la dérivée seconde présente un extremum et est décroissante dans la zone correspondant à la stabilisation de la dérivée première. Pour éviter des alertes intempestives, il est donc souhaitable de vérifier que l'on se situe bien dans la partie décroissante de la courbe, ce qui revient interdire une alerte si la dérivée troisième est positive (critère qui en fait peut se substituer aux deux critères sur la dérivée première énoncés plus haut, à savoir pente non négative et au moins égale au Seuil 1). 7] Comme il ressort de la description faite ci-dessus, la méthode d'observation de l'état d'oxydation de l'huile de lubrification proposée selon l'invention est non seulement basée sur l'état réel d'oxydation de l'huile mais n'est pas perturbée par le type d'huile utilisé par le client ou par des apports ponctuels d'huile neuve. 8] Par ailleurs, la connaissance de la dérivée seconde, et du signe de la dérivée troisième permet de calculer la vitesse de dégradation de l'huile et donc d'annoncer par avance quand une vidange deviendra souhaitable. Un témoin d'arrêt recommandé peut ainsi être allumé si le système observe une dégradation trop rapide de l'huile, recommandant alors au conducteur l'arrêt du véhicule avant que le moteur n'est été effectivement endommagé. 9] Il est à noter que les valeurs de pression mesurées par le capteur de pression peuvent également être utilisées comme références absolues, par exemple pour alerter le conducteur si la pression devient supérieure à la pression limite admissible par le moteur ou si au contraire, la pression est inférieure à une valeur plancher (dans ce cas, le capteur de pression est utilisé comme manocontact). En d'autres termes, dès que la pression en entrée de moteur s'écarte de la plage recommandée pour un fonctionnement optimal du moteur, une alerte peut être actionnée. 0] L'invention assure ainsi une méthode robuste, peu onéreuse et fiable. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'optimisation de la maintenance d'un véhicule automobile comportant des moyens pour déterminer au moins une dérivée au cours du temps de la pression de l'huile de lubrification en entrée de moteur et des moyens pour alerter le conducteur lorsque ladite dérivée atteint un seuil prédéfini. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour déterminer la température de l'huile et que ladite pression P est mesurée à une température de référence. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite température de référence est comprise entre 50 C et 150 C. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pression est mesurée à un régime moteur de référence. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit régime 1S moteur de référence est compris entre 1500 et 2500 tours minute. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une des dérivées est la dérivée première correspondant au gradient de pression au cours du temps. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alerte n'est 23 actionnée que si le gradient de pression est de plus positif. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une des dérivées est la dérivée seconde de l'évolution de la pression de l'huile de lubrification en entrée de moteur et en ce que lesdits moyens pour alerter le conducteur ne sont actidnnés que si de plus ladite dérivée seconde est inférieure à seuil de référence Seuil 2. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour calculer la dérivée troisième de l'évolution de la pression de l'huile de lubrification en entrée de moteur et en ce que lesdits moyens pour alerter le conducteur ne sont actionnés que si de plus ladite dérivée troisième a une valeur négative. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour calculer le moment où la viscosité de l'huile atteindra une valeur critique et pour alerter le conducteur en conséquence. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de la pression de l'huile de lubrification en entrée de moteur est utilisée pour actionner une alarme si cette valeur s'écarte d'une plage de fonctionnement optimal du moteur.