Brevet FR3009338A1 — publié le 20150206

PROCEDE DE GESTION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT L'ESTIMATION D'UNE MASSE D'EAU INTRODUITE DANS LE CARTER D'HUILE L'invention a trait à la gestion des véhicules automobiles. Plus précisément, elle concerne la prise en compte, dans la gestion des véhicules automobiles, de la masse d'eau dans l'huile de lubrification du moteur. La lubrification des moteurs est classiquement assurée par circulation forcée d'huile alimentant différents organes à pièces mobiles du moteur. Les organes (typiquement les paliers du vilebrequin, les bielles et pistons ainsi que les paliers d'arbres à cames) sont lubrifiés par jet ou par brouillard d'huile, ou encore par barbotage. Le circuit d'huile comprend un carter d'huile, situé sous l'équipage mobile (comprenant le vilebrequin, les bielles et les pistons) et dans lequel l'huile est récupérée après avoir circulé dans les différents composants précités, une pompe à huile (typiquement à engrenages) reliée au carter d'huile, un filtre à huile situé en aval de la pompe, et des conduites d'alimentation de l'huile depuis le filtre vers les composants à lubrifier. Lors du fonctionnement du moteur, de l'eau issue des chambres de combustion se trouve dans l'huile du carter. Une fraction de cette eau provient du carburant non consommé. Une autre fraction provient de la combustion elle-même, qui produit de l'eau en quantités variables, selon les types de carburant. Une dernière fraction (généralement plus modeste) provient de l'air, qui n'est jamais parfaitement sec. Plus précisément, lors de la phase d'admission et de compression, une partie du carburant injecté se condense et passe dans l'huile, l'eau contenue dans ce carburant atteint donc l'huile. Le complément resté évaporé et ne participant pas à la combustion part à l'échappement. Après la combustion, à l'issue de la phase d'échappement, une partie de l'eau contenue dans la quantité de carburant n'ayant pas participé à la combustion et l'eau produite par la combustion du carburant peut se condenser et gagner l'huile. La masse d'eau présente dans l'huile est d'autant plus importante que le carburant frais est riche en eau. En particulier, les carburants d'origine végétale, tel que l'éthanol, comprennent une fraction d'eau relativement importante. Si la majeure partie de l'eau présente sous forme de vapeur dans les chambres de combustion est évacuée avec les produits de combustion, une fraction non négligeable se condense sur les parois des chambres de combustion, suinte par les interstices entre les pistons et leurs chemises puis goutte dans le carter d'huile. Le risque induit par la présence d'eau dans l'huile est une diminution des propriétés lubrifiantes, avec une accélération de l'usure 10 des pièces en frottement, voire dans certains cas un grippage du moteur. Afin d'éviter ces désagréments, il est préférable d'alerter le conducteur pour que celui-ci puisse conduire le véhicule en maintenance en temps utile. Les alertes sont classiquement affichées 15 au tableau de bord du véhicule. Il reste néanmoins à déterminer les conditions pour lesquelles une telle alerte doit être déclenchée. Déclenchée trop tôt, l'alerte contribue à effectuer des opérations de maintenance indues, au détriment de la fiabilité perçue par le conducteur. Déclenchée trop tard, l'alerte risque 20 de ne pas être efficace, et de ne pas prévenir une éventuelle panne moteur. On comprend donc qu'il apparaisse nécessaire d'estimer aussi précisément que possible la quantité d'eau présente dans l'huile du carter, afin d'être en mesure de déclencher une alerte de maintenance 25 au moment propice. Diverses techniques ont été proposées par le passé pour estimer un taux de dilution de carburant dans l'huile d'un moteur , cf. par ex. la demande de brevet français FR 2 974 853 (RENAULT SAS) ou son équivalent européen EP 2 520 785. 30 Ces techniques ne sont cependant pas nécessairement transposables à l'estimation de la masse d'eau dans l'huile de lubrification, l'eau présentant des caractéristiques d'introduction dans l'huile différentes de celles du carburant. Un premier objectif est de permettre au conducteur d'être alerté en 35 temps utile de la nécessité de conduire son véhicule en maintenance. Un deuxième objectif est de proposer une solution permettant d'estimer de manière automatique la quantité d'eau présente dans l'huile du carter. Un troisième objectif est de proposer une solution permettant d'estimer de manière correcte la quantité d'eau présente dans l'huile du carter. A cet effet, il est proposé un procédé de gestion d'un véhicule automobile équipé : d'un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de chambres de combustion délimitées chacune par une paroi, d'un circuit d'injection pour l'alimentation de chaque chambre de combustion en carburant frais, d'un circuit d'admission pour l'alimentation de chaque chambre de combustion en air frais, - d'un circuit d'huile pour la lubrification de composants du moteur, ce circuit comprenant un carter d'huile disposé à l'aplomb des chambres de combustion, ce procédé comprenant les opérations suivantes : prise en compte d'un taux prédéterminé d'eau dans le carburant frais ; prise en compte d'un volume de carburant injecté de manière instantanée dans les chambres de combustion, prise en compte d'un taux de production d'eau lors de la combustion du carburant par l'air, - prise en compte d'une température de paroi des chambres de combustion, estimation d'une masse Mc(t) d'eau introduite de manière instantanée dans les chambres de combustion avec le carburant frais en fonction du taux d'eau dans le carburant frais et d'une première partie déterminée du volume de carburant injecté de manière instantanée, estimation d'une masse d'eau ME(t) produite lors de la combustion en fonction d'une seconde partie déterminée du volume de carburant injecté et du taux de production d'eau lors de la combustion, à partir des masses Mc(t) et ME(t) estimées, et en fonction de la température de paroi des chambres de combustion, estimation d'une masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois des chambres de combustion, estimation d'une masse MH(t) d'eau introduite de manière instantanée dans l'huile du carter à partir des chambres de combustion, en fonction de la masse Mp(t) d'eau condensée sur les parois des chambres de combustion. Ce procédé permet d'estimer correctement la masse d'eau introduite instantanément dans l'huile du carter à partir des chambres de combustion. Il en résulte une plus grande fiabilité de la gestion du véhicule. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, considérées seules ou en combinaison : - on tient compte d'un taux prédéterminé d'humidité de l'air frais ; on tient compte d'un volume d'air admis de manière instantanée dans les chambres de combustion, on estime la masse MA(t) d'eau introduite de manière instantanée dans la chambre de combustion avec l'air frais en fonction du taux d'humidité de l'air frais et du volume d'air admis, et on tient compte de la masse MA(t) lors de l'estimation de la masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois des chambres de combustion. On peut en outre prévoir une étape de calcul par intégration d'une quantité qH d'eau introduite, sur une période T, dans le carter d'huile : T qH = 1 M H (t) Cpto Les opérations supplémentaires suivantes peuvent être prévues : prise en compte d'une température mesurée de l'huile du carter, en fonction de la température d'huile mesurée, estimation d'un taux E d'évaporation de l'eau présente dans l'huile du carter, - estimation de la quantité QH totale d'eau présente dans l'huile du carter à la fin de la période T : QH = (1 - E) - (Q0 + qii) où Q0 est une quantité initiale estimée d'eau présente dans l'huile du carter au début de la période T. Lorsque la quantité totale QH d'eau présente dans l'huile du carter dépasse un seuil prédéterminé, une opération de génération d'une alerte peut être prévue. Cette alerte comprend par exemple l'allumage d'un témoin lumineux de tableau de bord du véhicule. Lorsque la quantité d'eau e- (Q0 + qH) évaporée de l'huile du carter (21), dépasse un seuil prédéterminé, une ou plusieurs opérations de commande d'ajustement de l'un des paramètres suivants peuvent être effectuées : - débit de carburant, - débit d'air, - pression d'injection Lorsque la quantité d'eau e- (Qo + qH) évaporée de l'huile du carter (21), dépasse un seuil prédéterminé, une opération de mise en route d'un organe périphérique au moteur peut également être prévue. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence à la figure annexée, qui est une vue illustrant de manière schématique un moteur 1 à combustion interne d'un véhicule automobile, et différents organes périphériques du moteur 1. Le moteur 1 comprend un carter 2 moteur dans lequel sont formés des cylindres 3. Pour des raisons de clarté, seul un unique cylindre 3 est représenté sur la figure. Dans le ou chaque cylindre 3, délimité par une paroi 4, un piston 5 est monté coulissant. Le piston 5 délimite, avec la paroi 4 du cylindre 3, une chambre 6 de combustion. Le piston 5 est relié par l'intermédiaire d'une bielle 7 à un vilebrequin (illustré par un cercle en trait mixte sur la figure) monté en rotation par rapport au carter 2 moteur. Dans l'exemple illustré, le refroidissement de chaque cylindre 3 est assuré par un circuit 8 de refroidissement intégré au cylindre 3, dont la paroi 4 est creuse pour permettre la circulation du liquide de refroidissement. Le carter 2 moteur est surmonté d'une culasse 9 dans laquelle sont percés un conduit 10 d'admission et un conduit 11 d'évacuation des gaz 35 d'échappement. Une ou plusieurs soupape(s) 12 d'admission ainsi qu'une ou plusieurs soupape(s) 13 d'évacuation sont montées au droit des embouchures des conduits 10, 11 dans la chambre 6 de combustion, qu'elles obturent ou libèrent alternativement au cours du cycle de combustion. Le moteur 1 comprend en outre : un circuit 14 d'injection pour l'alimentation de chaque chambre 6 de combustion en carburant frais. Ce circuit 14 d'injection comprend un injecteur 15 relié à une pompe 16 à carburant, elle- même reliée à un réservoir 17 de carburant ; un circuit 18 d'admission pour l'alimentation de chaque chambre 6 de combustion en air frais. Ce circuit 18 d'admission comprend un papillon 19 motorisé permettant de varier le débit d'air ; un circuit 20 d'huile pour la lubrification de composants du moteur 1. Ce circuit 20 comprend un carter 21 d'huile disposé à l'aplomb des chambres 6 de combustion, une pompe 22 à huile reliée au carter 21 d'huile (par exemple via une crépine d'aspiration munie d'un tamis de filtration), et un filtre 23 à huile relié à la pompe 22 et à un ou plusieurs conduits 24 de circulation de l'huile au sein du moteur 1 , un calculateur 25 comprenant un processeur et relié notamment : o à la pompe 16 à carburant, o au papillon 19, o à un capteur 26 de température du moteur, monté par exemple sur la paroi 4 d'un cylindre 3, o à un capteur 27 de température d'huile, monté sur la paroi du carter 21 d'huile, o à un capteur 28 de régime moteur, monté sur le carter 2 moteur, o à des témoins lumineux de tableau de bord, tel qu'un témoin 29 d'huile ou un témoin 30 de maintenance générale. Dans l'exemple illustré, l'injection est indirecte, l'injecteur 15 débouchant dans le conduit 10 d'admission. En variante, l'injection pourrait être directe, l'injecteur débouchant alors directement dans la 35 chambre de combustion. On cherche à estimer la quantité d'eau présente dans l'huile du carter 21. Cette estimation est faite par le calculateur 25, sur la base de paramètres précités et de mesures effectuées dans le moteur 1. A cet effet, le calculateur 25 prend en compte, en premier lieu, un taux (prédéterminé) d'eau dans le carburant frais. Ce taux dépend du carburant. Dans le cas d'un mélange essence-éthanol, le taux d'eau dans le carburant est fonction des proportions du mélange. Le calculateur prend en compte, en deuxième lieu, un volume de carburant injecté de manière instantanée dans les chambres 6 de combustion. Ce volume peut être estimé à l'aide d'un débitmètre monté sur le circuit 14 d'injection (par exemple au niveau de la pompe 16 à carburant), ou peut être calculé à partir d'une consigne définie par un contrôle moteur se basant sur l'estimation d'air présente dans le cylindre 3. Le calculateur 25 prend en compte, en troisième lieu, un taux de production d'eau lors de la combustion du carburant par l'air. Ce taux est fonction du carburant employé. Ce taux peut être estimé de manière simple et relativement fiable grâce aux équations de combustion. Ainsi, pour l'essence pure, on utilisera par exemple l'équation de combustion suivante : C7 77H13,05 + 11,04 02 7,77 CO2 + 6,54 H2O Pour un éthanol pur, on utilisera l'équation de combustion suivante : C2H60 + 302 2CO2 + 3 H2O Le calculateur 25 prend en compte, en quatrième lieu, la température de paroi des chambres 6 de combustion, mesurée grâce au capteur 26 de température du moteur 1. A partir de ces paramètres et mesures, le calculateur 25 estime : une masse ME(t) d'eau introduite de manière instantanée (la lettre t symbolisant le temps) dans la chambre 6 de combustion avec le carburant frais en fonction du taux d'eau dans le carburant frais et d'une première partie du volume de carburant injecté de manière instantanée, une masse d'eau ME(t) produite lors de la combustion en fonction d'une seconde partie du volume de carburant injecté et du taux de production d'eau lors de la combustion. La première et la seconde partie du volume de carburant injecté sont des parties complémentaires du volume total de carburant injecté de manière instantanée. Avantageusement, la masse Mc(t) d'eau est calculée à partir d'une première partie du volume de carburant injecté correspondant au volume de carburant injecté en supplément du besoin stoechiométrique et ne participant pas à la combustion, par exemple lors des phases de démarrage. Avantageusement, la masse ME(t) d'eau produite lors de la combustion est calculée à partir d'une seconde partie du volume de carburant injecté correspondant au volume de carburant répondant au besoin stoechiométrique. Puis, à partir des masses Mc(t) et ME(t) estimées, et en fonction de la température de paroi de la chambre 6 de combustion, le calculateur 25 estime : une masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois 4 des chambres 6 de combustion. La masse Mp(t) d'eau condensée peut être obtenue à partir d'une cartographie appropriée, - une masse MH(t) d'eau introduite de manière instantanée dans l'huile du carter 21 à partir des chambres 6 de combustion, en fonction de la masse Mp(t) d'eau condensée sur les parois 4 des chambres 6 de combustion. La masse Mp(t) d'eau condensée peut être obtenue à partir d'une cartographie appropriée en fonction de paramètres de fonctionnement moteur. Ces opérations permettent d'obtenir de manière relativement précise la masse d'eau introduite instantanément à partir des chambres 6 de combustion dans le carter 21 d'huile. Il serait possible, en théorie, de se limiter à cette estimation pour calculer la quantité totale d'eau présente dans l'huile après une période T de fonctionnement du moteur 1. Cependant, il est préférable de tenir également compte d'un taux (prédéterminé) d'humidité de l'air frais admis dans les chambres 6 de combustion. La seule prise en compte de ce taux est toutefois insuffisante, et il convient de tenir également compte du volume d'air admis de manière instantanée dans les chambres 6 de combustion. Ce paramètre peut être estimé grâce à un débitmètre monté au niveau du papillon 19 d'admission. Le calculateur 25 peut alors estimer la masse MA(t) d'eau introduite de manière instantanée dans les chambres 6 de combustion avec l'air frais, en fonction du taux d'humidité de l'air frais et du volume d'air admis. Le calculateur 25 tient alors compte de cette masse MA(t) estimée pour estimer la masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois 4 des chambres 6 de combustion. Pour l'estimation d'une quantité qH d'eau introduite, sur une période T, dans le carter 21 d'huile, le calculateur 25 peut procéder par intégration : T qii = 1 M H (t) Cpto L'estimation peut être considérée comme fiable. Cependant, il est préférable de tenir compte, en outre, de la quantité d'eau qui s'évapore de l'huile à chaque instant. Sans qu'il soit nécessaire de calculer la quantité d'eau qui s'évapore à chaque instant, il peut suffire de déterminer un taux E d'évaporation de l'eau présente dans l'huile du carter 21, lui-même fonction d'une température (mesurée) de l'huile du carter 21. Selon un premier mode de réalisation, le taux E d'évaporation de l'eau du carter 21 d'huile est calculé à chaque instant, de sorte que la quantité totale d'eau, notée QH, présente dans l'huile à l'issue de la période T, peut être estimée comme suit : T QH = 1 (1- E(0) - M H (t) Cpto Cependant, pour simplifier les calculs, il est préférable de se baser sur un taux E d'évaporation moyen de l'eau, en fonction d'une température moyenne calculée à partir des températures d'huile mesurées à chaque instant. Avantageusement, pour plus de précision, on pourra corriger le calcul de la quantité d'eau évaporée en fonction des caractéristiques de régime et de charge du point de fonctionnement courant. Dans ce cas, l'estimation de la quantité QH totale d'eau présente dans l'huile du carter 21 à la fin de la période T peut être calculée comme suit : QH = - E) - qH Ce calcul suppose cependant que la quantité d'eau au début de la période T soit nulle, ce qui n'est pas nécessairement le cas, le calculateur 25 pouvant être réinitialisé à un moment ne coïncidant pas avec une vidange totale du carter 21 d'huile. Dans ce cas, on a avantage à tenir compte d'une quantité initiale estimée d'eau présente dans l'huile du carter 21 au début de la période T. Cette quantité, notée Q0, correspond par exemple à une valeur mémorisée calculée à l'issue d'un cycle de fonctionnement précédent du moteur 1. La quantité QH totale d'eau présente dans l'huile du carter 21 à la fin de la période T peut alors être calculée comme suit : QH = - E) - (Q0 + Diverses démarches peuvent être entreprises à l'initiative du calculateur 25 : Lorsque la quantité totale QH d'eau présente dans l'huile du carter 21, dépasse un seuil prédéterminé : génération d'une alerte destinée au conducteur, comprenant par exemple l'allumage d'un témoin lumineux de tableau de bord du véhicule (témoin 29 d'huile ou témoin 30 de maintenance moteur), Lorsque la quantité d'eau e- (Q0 + qH) évaporée de l'huile du carter 21 dépasse un seuil prédéterminé : mise en route d'un organe périphérique au moteur (par exemple une unité de conditionnement de l'air), de sorte à augmenter la demande de couple au moteur 1. commande d'ajustement du débit de carburant par rétroaction sur la pompe 16 à carburant, commande d'ajustement du débit d'air par rétroaction sur le papillon 19, commande d'ajustement de la pression d'injection par rétroaction sur l'injecteur 15,30 REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un véhicule automobile équipé : d'un moteur (1) à combustion interne comprenant une pluralité de chambres (6) de combustion délimitées chacune par une paroi (4), d'un circuit (14) d'injection pour l'alimentation de chaque chambre (6) de combustion en carburant frais, d'un circuit (18) d'admission pour l'alimentation de chaque chambre (6) de combustion en air frais, d'un circuit (20) d'huile pour la lubrification de composants du moteur (1), ce circuit comprenant un carter (21) d'huile disposé à l'aplomb des chambres (6) de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : prise en compte d'un taux prédéterminé d'eau dans le carburant frais ; prise en compte d'un volume de carburant injecté de manière instantanée dans les chambres (6) de combustion, prise en compte d'un taux de production d'eau lors de la combustion du carburant par l'air, prise en compte d'une température de paroi des chambres (6) de combustion, estimation d'une masse Mc(t) d'eau introduite de manière instantanée dans les chambres (6) de combustion avec le carburant frais en fonction du taux d'eau dans le carburant frais et d'une première partie déterminée du volume de carburant injecté de manière instantanée, estimation d'une masse d'eau ME(t) produite lors de la combustion en fonction d'une seconde partie déterminée du volume de carburant injecté et du taux de production d'eau lors de la combustion, à partir des masses Mc(t) et ME(t) estimées, et en fonction de la température de paroi des chambres (6) de combustion, estimation d'une masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois (4) des chambres (6) de combustion, estimation d'une masse MH(t) d'eau introduite de manière instantanée dans l'huile du carter (21) à partir des chambres (6) decombustion, en fonction de la masse Mp(t) d'eau condensée sur les parois (4) des chambres (6) de combustion. 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé : en ce qu'il comprend les opérations suivantes : o prise en compte d'un taux prédéterminé d'humidité de l'air frais ; o prise en compte d'un volume d'air admis de manière instantanée dans les chambres (6) de combustion, o estimation de la masse MA(t) d'eau introduite de manière instantanée dans les chambres (6) de combustion avec l'air frais en fonction du taux d'humidité de l'air frais et du volume d'air admis, et en ce qu'il est tenu compte de la masse MA(t) lors de l'estimation de la masse Mp(t) d'eau condensée de manière instantanée sur les parois (4) des chambres (6) de combustion. 3. Procédé de gestion selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul par intégration d'une quantité qH d'eau introduite, sur une périodeT, dans le carter (21) d'huile : T qii = 1 MH(t) Cpto 4. Procédé de gestion selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - prise en compte d'une température mesurée de l'huile du carter (21), en fonction de la température d'huile mesurée, estimation d'un taux E d'évaporation de l'eau présente dans l'huile du carter (21), estimation de la quantité QH totale d'eau présente dans l'huile du carter (21) à la fin de la période T : Q H = 0- - E) - (Q0 + q H) où Qo est une quantité initiale estimée d'eau présente dans l'huile du carter (21) au début de la période T. 5. Procédé de gestion selon la revendication 4, qui comprend, lorsque la quantité totale QH d'eau présente dans l'huile du carter (21) dépasse un seuil prédéterminé, une opération de génération d'une alerte. 6. Procédé de gestion selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'alerte comprend l'allumage d'un témoin (29, 30) lumineux de tableau de bord du véhicule. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, qui comprend, lorsque la quantité d'eau E - (Q0 + qH) évaporée de l'huile du carter (21), dépasse un seuil prédéterminé, une opération de commande d'ajustement du débit de carburant. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, qui comprend, lorsque la quantité d'eau E - (Q0 + qH) évaporée de l'huile du carter (21), 10 dépasse un seuil prédéterminé, une opération de commande d'ajustement du débit d'air. 9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, qui comprend, lorsque la quantité d'eau e- (Q0 +qH) évaporée de l'huile du carter (21), dépasse un seuil prédéterminé, une opération de commande 15 d'ajustement d'une pression d'injection. 10. Procédé selon l'une des revendications 4 à 9, qui comprend, lorsque la quantité d'eau e- (Qo + qH) évaporée de l'huile du carter 21 dépasse un seuil prédéterminé, une opération de mise en route d'un organe périphérique au moteur (1). 20 11. Moteur (1) à combustion pour véhicule automobile, ce moteur (1) comprenant un calculateur (25) et un processeur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.