Brevet FR2923266A1 — publié le 20090508

V/Réf : PJ8316-TF N/Réf : B07-3101 FR û ODE/CRA Société Anonyme dite : RENAULT s.a.s. Estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne Invention de : AFONSO Vasco PREMIER Emmanuel LELONG Gérard RETAILLEAU Emmanuel Estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne L'invention concerne l'estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne l'estimation de tels effets sur la richesse de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. On notera toutefois que l'invention se rapporte essentiellement aux moteurs à combustion interne pouvant fonctionner avec plusieurs types de carburant. Les moteurs ainsi concernés peuvent être des moteurs à allumage commandé pouvant fonctionner avec de l'essence, de l'éthanol, du méthanol ou tout mélange de ces constituants. Mais ces moteurs peuvent également être à allumage par compression pouvant fonctionner avec du diesel ou du biodiesel. Quel que soit le type de moteur à combustion interne, on entend par � richesse de fonctionnement �, le rapport entre la masse de carburant et la masse de comburant utilisé par le moteur lors de la combustion. La richesse de fonctionnement du moteur est un paramètre essentiel pour contrôler les conditions de fonctionnement du moteur. Il permet entre autre, de contrôler le taux des émissions polluantes, la consommation de carburant, la qualité de la combustion ou encore, la fiabilité mécanique des pièces impliquées dans la combustion. La maîtrise de la richesse de fonctionnement dépend, d'une façon générale, du contrôle de la quantité de carburant injecté lors de la combustion. Notamment, la richesse de fonctionnement dépend des paramètres suivants : - L'estimation du débit d'air admis - L'estimation du rapport stoechiométrique du carburant injecté - L'estimation des défaillances de l'alimentation en carburant du moteur - L'estimation du débit de carburant provenant des organes annexes au moteur (notamment d'un canister et du circuit de recirculation des vapeurs d'essence mélangées à l'huile du moteur). Le phénomène de � blow-by � par lequel les vapeurs d'huile se mélangent aux vapeurs d'essence a une influence non négligeable sur la richesse de fonctionnement. I1 apparaît lorsqu'une certaine quantité de gaz mis sous pression, lors de la phase de compression, s'échappe par les multiples passages qui s'offrent à ces gaz, tels que ceux laissés entre les segments et les chemises, ou par les guides de soupapes, ou encore par les paliers, pour se retrouver dans le carter moteur où ils se mélangent avec les vapeurs d'huile. On entend donc par vapeurs de blow-by, les gaz de fuite qui viennent du mélange des vapeurs d'essence avec les vapeurs d'huile dans le carter du moteur. Ces gaz de fuite peuvent être recyclés par l'intermédiaire d'un circuit de réaspiration, qui recueille lesdites vapeurs, pour les mélanger à l'air frais au niveau du collecteur d'admission ou du filtre à air. I1 est donc nécessaire de connaître la contribution des paramètres énoncés ci-dessus, d'une part pour maîtriser la richesse de fonctionnement du moteur, mais également pour ne pas fausser les estimations établies par d'autres stratégies de contrôle du moteur qui peuvent utiliser lesdits paramètres. Certaines évolutions technologiques récentes contribuent à une augmentation de l'amplitude du phénomène de � blow-by �, parmi lesquelles on peut citer : le filtre à particules diesel, qui nécessite des phases de régénération, ou encore, le bioéthanol (E85/E100) qui nécessite des richesses de fonctionnement élevées à froid, lesquelles nécessitent donc une plus grande quantité de carburant dilué dans l'huile du moteur. Si le phénomène de � blow-by � est bien connu à l'heure actuelle, sa quantification n'a jusqu'à présent, pas présenté de nécessité absolue. En pratique, on considère que l'amplitude du phénomène est limitée, ou que sa durée ne concerne que la phase de chauffe du moteur, ou encore qu'il n'est pas nécessaire d'estimer finement les paramètres du moteur à froid. La solution classique consiste donc à conditionner les différentes stratégies d'estimation liées à la richesse de fonctionnement du moteur uniquement en phase chaude du moteur. Mais en ce qui concerne les moteurs fonctionnant avec une forte proportion en Bioéthanol (E85 ou E100), le problème est d'autant plus différent qu'en l'absence de capteur de taux d'éthanol, il est primordial de pouvoir exploiter au plus tôt une information de richesse de fonctionnement sans attendre la phase chaude du moteur. Par ailleurs, la demande de brevet EP 1 710 419 décrit une méthode de modélisation du phénomène de � blow-by �, mais celle-ci a pour principe d'estimer le taux de carburant évaporé présent dans le carter en fonction de la température de l'eau du moteur et de la pression du collecteur d'admission. Mais cette méthode tient peu compte des influences non négligeables de l'huile du moteur sur l'estimation du taux de carburant évaporé. Le but de l'invention est donc de répondre aux besoins évoqués précédemment et, en particulier, de quantifier le phénomène de � blow-by � et son impact sur la richesse de fonctionnement du moteur mais également sur les stratégies de contrôle du moteur basées sur ce paramètre. Un autre but de l'invention est de connaître ces effets au démarrage du moteur, c'est-à-dire pendant la phase de chauffe du moteur. L'invention a pour objet un procédé d'estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne. Le procédé comprend une étape de comparaison d'une température de l'huile du moteur avec un seuil de température et une étape de calcul de la dérive de richesse maximum si ladite mesure de la température d'huile est supérieure audit seuil de température. Grâce à la prise en compte de la température de l'huile du moteur, on est capable de déterminer l'influence du phénomène de � blow-by � sur la richesse de fonctionnement du moteur. En effet, cette prise en compte permet de définir des fenêtres à risque dans lesquelles les vapeurs d'huile mélangées aux vapeurs d'essence sont susceptibles d'influencer la richesse de fonctionnement. Un tel procédé permet également d'optimiser les stratégies de contrôle du moteur basées sur le paramètre de richesse de fonctionnement du moteur. I1 permet notamment d'améliorer l'estimation du taux de carburant évaporé présent dans le carter du moteur. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé comprend une étape de calcul de la dérive de richesse absolue réalisée avant ladite étape de comparaison de la température de l'huile du moteur et dans lequel le calcul de la dérive de richesse maximum est fonction de ladite dérive de richesse absolue et du point de fonctionnement du moteur. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé comprend une étape de sauvegarde en mémoire non volatile des variables après chaque étape de calcul et dans lequel, ledit calcul de la dérive de richesse absolue étant fonction de la valeur sauvegardée et d'une température d'eau dudit moteur. Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé comprend une étape de mise à zéro des variables après la fin de la réalisation de ladite étape de calcul de la dérive de richesse maximum. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on initialise à chaque démarrage du moteur lesdites variables avec une valeur par défaut si l'accès à la mémoire non volatile est défectueux. Selon un mode de réalisation, l'invention a pour objet un dispositif d'estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne. Le dispositif comprend un moyen pour comparer la température de l'huile du moteur avec un seuil de température et un moyen pour calculer la dérive de richesse maximum si ladite mesure de la température de l'huile est supérieure audit seuil de température. Grâce à ce dispositif, on peut produire un paramètre déterminant l'existence d'une quantité non négligeable de carburant dilué dans l'huile du moteur. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour calculer la dérive de richesse absolue et un moyen pour calculer la dérive de richesse maximum en fonction de ladite dérive de richesse absolue et du point de fonctionnement du moteur. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour sauvegarder en mémoire non volatile les variables après chaque calcul et dans lequel, ledit calcul de la dérive de richesse absolue est fonction de la valeur sauvegardée et d'une température d'eau dudit moteur. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour mettre à zéro des variables après la fin du calcul de la dérive de richesse maximum et un moyen pour initialiser lesdites variables avec une valeur par défaut si l'accès à la mémoire non volatile est défectueux. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif d'estimation conforme à l'invention ; et - la figure 2 est un organigramme illustrant les principales phases du procédé d'estimation selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un moteur 1 à combustion interne comprenant un conduit d'admission d'air 2 pour l'admission d'air dans le moteur 1 et un collecteur 3 d'échappement des gaz destiné à évacuer les gaz de combustion vers l'extérieur. Le moteur 1 est doté d'un dispositif d'estimation par exemple implanté dans un calculateur de gestion du fonctionnement du moteur. Le dispositif d'estimation est destiné à estimer les effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile sur la richesse du mélange air carburant admis dans les cylindres du moteur. I1 comprend, un capteur de pression 5 de l'air délivré par le conduit d'admission d'air 2, un capteur de vitesse 6 servant à mesurer la vitesse de rotation du moteur et un capteur 8 de mesure du taux d'oxygène des gaz véhiculés par le collecteur d'échappement des gaz 3, appelé aussi sonde à oxygène. Ces capteurs sont reliés à une unité de contrôle électronique 9, appelée UCE ou calculateur embarqué à bord du véhicule. Le capteur de pression 5 transmet un signal de mesure de la pression de l'air par une connexion 5a en direction de l'UCE 9. Le capteur de vitesse 6 transmet un signal de vitesse de rotation du moteur par une connexion 6a en direction de l'UCE 9. La sonde à oxygène 8 transmet un signal de mesure du taux d'oxygène par une connexion 8a en direction de l'UCE 9. En outre, le dispositif comprend un capteur de température d'huile 10, qui transmet un signal de mesure de la température de l'huile du moteur par une connexion l0a en direction de l'UCE 9 et un capteur de température d'eau 11 qui transmet un signal de mesure de la température de l'eau du moteur par une connexion lia en direction de l'UCE 9. L'UCE 9 comprend également un moyen pour contrôler au moins un injecteur 4 de carburant du moteur par une connexion 4a. L'UCE 9 comprend également une mémoire non volatile pour sauvegarder les valeurs de variables, non représentée sur la figure, qui peut être de type RAM alimentée, EEPROM ou flash-EEPROM. Le moteur 1 est également équipé d'un circuit de réaspiration 12 pour récupérer les vapeurs, et en particulier un mélange des vapeurs d'essence et des vapeurs d'huile, par un conduit de récupération 13, afin de pouvoir les recycler en les mélangeant avec l'air du conduit d'admission d'air 2 par un conduit de recirculation 14. L'UCE 9 comprend des moyens pour enregistrer les mesures provenant des différents capteurs 5, 6, 8, 10 et 11 du dispositif. Elle comprend en outre des moyens d'effectuer des opérations sur les différentes mesures, notamment de calculer des variables à partir des mesures provenant desdits capteurs 5, 6, 8, 10 et 11. L'UCE 9 comprend également des moyens de comparaison des variables calculées avec des valeurs seuils préenregistrées dans la mémoire non volatile. Sur la figure 2, on a représenté un organigramme des étapes d'un procédé conforme à l'invention mis en oeuvre par le dispositif qui vient d'être décrit. Ce procédé peut être implémenté dans un calculateur embarqué à bord du véhicule, appelé UCE (Unité de Contrôle Electronique). La première étape 100 correspond au démarrage du procédé. Chaque nouvelle session de calcul est initialisée au démarrage du moteur. Cette étape 100 se poursuit par une étape 101 de test d'une mémoire non volatile. Cette mémoire non volatile permet de sauvegarder l'état des variables utilisées dans le procédé et pourra être de tout type (RAM alimentée, EEPROM, flash-EEPROM). Le but de cette sauvegarde en mémoire est de permettre au procédé de prendre en compte l'historique de fonctionnement du moteur sur les trajets précédents. En cas de panne de la mémoire, une valeur par défaut sera utilisée. Dans cette étape 101, un test d'accès à la mémoire est donc effectué. S'il est déterminé que l'accès à la mémoire est défectueux, une étape d'initialisation par défaut 102 est effectuée. Dans ce cas, on procède à une initialisation d'un paramètre variable DO correspondant à la dérive de richesse absolue maximum liée au phénomène de � blow-by �, et d'un deuxième paramètre variable CO correspondant à un compteur, appelé compteur de capital vapeur, destiné à déterminer un temps d'exécution d'une étape de calcul ultérieure 107, décrite ci- dessous. Au cours de l'étape d'initialisation par défaut 102, les variables DO et CO prennent des valeurs par défaut qui sont respectivement COd et DOd. On procède ensuite à une sauvegarde en mémoire des variables DO et CO (étape 103). Lors de l'étape 104 suivante, on procède au calcul de la variable CO qui correspond à la valeur maximale entre la variable DO mémorisée et une variable DOeau qui correspond à une dérive de richesse absolue en fonction de la température de l'eau du moteur. La variable DOeau peut être extraite d'une table obtenue par apprentissage ou issue d'une interpolation linéaire dans la table. Dans cette étape 104, on affecte en outre, à la variable DO, le résultat de la somme de la valeur DO mémorisée et de la variable DOeau. Au cours de cette étape 104, on initialise à une valeur � OFF � une booléenne BO, puis lors de l'étape 105 suivante, on sauvegarde en mémoire les variables BO, DO et CO élaborée précédemment. On procède ensuite à une étape 106 de comparaison de la température de l'huile du moteur, notée Txu~re, avec un seuil de température SHO. La température de l'huile du moteur THuire peut provenir, en particulier, du capteur de température d'huile ou être modélisée à partir d'autres capteurs. Ce seuil de température SHO peut être constant ou calculé en fonction du carburant utilisé. Si la température d'huile THuire est supérieure à ce seuil SHO, on procède à un calcul des variables suivantes. Dans le cas contraire, on effectue à nouveau la comparaison de la température d'huile. Ainsi, lorsque la température d'huile est supérieure au seuil SHO, on procède à une étape 107 de calcul destinée en particulier à déterminer une variable Dnl,, correspondant à une dérive de richesse maximum liée au � blow-by �, en continu et par pas successifs, c'est- à-dire de manière itérative. Dans ce cas, on considère que la production de vapeurs peut engendrer un risque d'erreurs dans les stratégies de contrôle du moteur qui utilisent les signaux des sondes, ou capteurs, de richesse du fonctionnement du moteur. Cette présence d'une production de vapeurs est appelée � fenêtre à risque �. Au cours de l'étape 107, la variable BO prend la valeur � ON �. Cette valeur correspond à un signal pour indiquer le fait que l'on entre dans une � fenêtre à risque �. A chaque pas de calcul, la variable CO est décrémentée d'une valeur dCO. Ce pas de décrémentation dCO peut être fonction du régime et de la charge du moteur. En particulier, dCO peut être calculé par une interpolation à l'aide d'une cartographie. Comme indiqué précédemment, la variable Dnp correspond à la dérive de richesse maximum liée au phénomène de � blow-by �, et ce pour un point de fonctionnement du moteur. Le calcul de la variable Dnp est effectué en fonction de la valeur de la variable DO et d'un facteur de pondération PFM qui est fonction du régime et de la charge du moteur. En particulier, le facteur de pondération PFM peut être calculé par une interpolation à l'aide d'une cartographie. Après calcul, les variables DO, Dnp et CO sont sauvegardées (étape 108). On effectue les étapes 107 et 108, et en particulier les calculs des variables Dnl,, CO et BO, tant que la variable CO est supérieure à zéro. Dans ce cas, on considère que la � fenêtre à risque � n'est pas terminée. Ce contrôle est effectué à l'étape suivante 109, qui compare la valeur de la variable CO avec zéro. Lorsque la variable CO est nulle, on procède à une étape 110 de remise à zéro des variables BO, CO et DO qui sont ensuite mémorisées (étape 111). Ainsi, après chaque étape de calcul de variables, les valeurs sont sauvegardées en mémoire, lors des étapes 103, 105, 108 et 111, de sorte qu'en cas d'arrêt du moteur, ou du calculateur, les variables puissent servir de nouvelle base de calcul pour le démarrage du moteur suivant. Cette sauvegarde en mémoire non volatile peut s'effectuer en continu. Le procédé est ensuite arrêté à l'étape d'arrêt 112. Le procédé peut s'arrêter à cette étape d'arrêt 112. I1 peut également être stoppé lors d'un arrêt du moteur ou à l'extinction du calculateur. Grâce à la détermination d'une � fenêtre à risque � définie en particulier par la variable CO, on peut optimiser les stratégies de contrôle du moteur. Avantageusement, on peut mettre à disposition la valeur de la variable Dnp pour la stratégie de reconnaissance du taux d'alcool dans le carburant. En effet, on peut autoriser, ou non, librement les estimations réalisées au cours de cette stratégie lorsque certaines conditions sont réunies. Si la stratégie détecte qu'un carburant utilisé entraîne une estimation de la richesse de fonctionnement du moteur inférieur à Dnl,, les estimations de la stratégie seront, ou non, mémorisées. En outre, concernant les stratégies de diagnostic du carburant basées sur l'exploitation de la dérive de richesse de fonctionnement du moteur, elles pourront utiliser les variables BO, CO et Dnh pour moduler leurs seuils de détection. Notamment, la variable BO peut être utilisée pour inhiber un diagnostic et la variable Dnh peut être utilisée pour inhiber les tests sur la dérive moyenne de richesse dans une bande morte, entre 0 et Dnl,. Egalement, pour une stratégie d'estimation de vapeurs issues du canister, la variable BO peut être utilisée comme condition d'activation, en plus des conditions propres à cette stratégie, afin de ne pas mémoriser de dérive de richesse du fonctionnement du moteur liée à une production de vapeurs de � blow-by �. REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend une étape de comparaison d'une température de l'huile du moteur avec un seuil de température et une étape de calcul de la dérive de richesse maximum si ladite mesure de la température d'huile est supérieure audit seuil de température. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de calcul de la dérive de richesse absolue réalisée avant ladite étape de comparaison de la température de l'huile du moteur et dans lequel le calcul de la dérive de richesse maximum est fonction de ladite dérive de richesse absolue et du point de fonctionnement du moteur. 3. Procédé selon la revendication 2, comprenant une étape de sauvegarde en mémoire non volatile des variables après chaque étape de calcul et dans lequel, ledit calcul de la dérive de richesse absolue étant fonction de la valeur sauvegardée et d'une température d'eau dudit moteur. 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant une étape de mise à zéro des variables après la fin de la réalisation de ladite étape de calcul de la dérive de richesse maximum. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel, on initialise à chaque démarrage du moteur lesdites variables avec une valeur par défaut si l'accès à la mémoire non volatile est défectueux. 6. Dispositif d'estimation des effets de l'évaporation du carburant dilué dans l'huile d'un moteur (1) à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (9) pour comparer la température de l'huile du moteur (1) avec un seuil de température et un moyen pour calculer la dérive de richesse maximum si ladite mesure de la température de l'huile est supérieure audit seuil de température. 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant un moyen (9) pour calculer la dérive de richesse absolue et un moyen (9) pourcalculer la dérive de richesse maximum en fonction de ladite dérive de richesse absolue et du point de fonctionnement du moteur (1). 8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant un moyen pour sauvegarder en mémoire non volatile les variables après chaque calcul et dans lequel, ledit calcul de la dérive de richesse absolue est fonction de la valeur sauvegardée et d'une température d'eau dudit moteur (1). 9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant un moyen (9) pour mettre à zéro des variables après la fin du calcul de la dérive de richesse maximum et un moyen (9) pour initialiser lesdites variables avec une valeur par défaut si l'accès à la mémoire non volatile est défectueux.