Brevet FR3069284A1 — publié le 20190125

Système et procédé de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur d'un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne, notamment des moteurs de type Diesel à injection directe. Plus particulièrement, l'invention concerne un système et un procédé de commande de l'injection de carburant dans un moteur Diesel, notamment et non exclusivement pour un véhicule automobile. La présente invention vise à diminuer le passage des suies ou matières charbonneuses provenant de la combustion dans le cylindre vers l'huile moteur et ainsi augmenter l'intervalle de vidange de l'huile moteur. En effet, l'intervalle de vidange est limité par une teneur maximale en matières charbonneuses. Si cette teneur maximale est dépassée, la fiabilité du moteur se trouve affectée. Le mécanisme de pollution de l'huile moteur par les suies est expliqué comme suit : durant la combustion Diesel, puis la détente, les suies produites par la combustion sont dirigées vers des zones riches en oxygène imbrûlé, ce qui permet la post-oxydation des suies et ainsi la réduction des émissions de particules à l'échappement ou vers le filtre à particules. Toutefois, ce phénomène entraîne un contact entre les suies destinées à être post-oxydées et la paroi du cylindre moteur imprégnée d'huile moteur. Les suies sont donc absorbées par l'huile moteur qui se trouve ainsi polluée par ces particules. L'huile moteur est ensuite raclée par les segments. La pollution de l'huile moteur par les particules est d'autant plus importante que la combustion est tardive dans le cylindre. On peut se référer au document EP 2 447 514 - Al qui décrit un procédé de réduction de particules produites par la combustion Diesel et la dilution du carburant dans l'huile moteur par avance de calage de l'injection de carburant. 2 Dans ce document, on applique un calage de l'injection de carburant en fonction du régime moteur et du débit de carburant, puis on évalue si la pénétration du carburant atomisé dans les cylindres atteint la segmentation et si le risque que le carburant touche les 5 segments des pistons augmente, en fonction de la pression atmosphérique mesurée et d'une valeur estimée de retard d'allumage correspondant à la durée entre le début de l'injection de carburant et le début de la combustion. Le procédé propose ensuite d'effectuer une correction du 10 calage de l'injection en fonction de cette évaluation. Toutefois, un tel procédé est particulièrement complexe à mettre en oeuvre car il se fonde sur une pluralité de critères. De plus, un tel procédé nécessite d'estimer une pluralité de paramètres, ce qui le rend peu fiable. Enfin, un tel procédé ne prend pas en compte la 15 totalité du cycle de combustion. L'invention a pour objet un système de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur d'un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant au moins un capteur de pression de cylindre et une unité de commande. 20 Le système comprend un module de calcul en temps réel d'un angle, en degré de vilebrequin, pour lequel 90% du combustible a été consommé en fonction de la pression mesurée dans le cylindre, un module de comparaison de la valeur calculée dudit angle avec une valeur de seuil, et un module d'application d'une correction d'avance 25 d'injection lorsque la valeur calculée dudit angle est supérieure à la valeur de seuil. Ainsi, grâce à un seul critère, on peut réduire l'angle CA90 et ainsi limiter le taux de matières charbonneuses dans l'huile moteur. La correction d'injection est active tant que la valeur calculée 30 de l'angle CA90 est supérieure à la valeur de seuil 3 Avantageusement, le système comprend un module de calcul d'un facteur correctif d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle et de la valeur de seuil. Le facteur correctif d'avance d'injection est, par exemple, 5 appliqué sur l'avance d'injection principale ou sur tout le schéma d'injection en cas de multi-injections, dès le cycle suivant, même s'il a lieu sur un autre cylindre. Par exemple, la valeur de seuil est prédéterminée par des essais ou simulation 3D de la combustion du carburant pour chaque point de 10 fonctionnement régime/couple du moteur. Avantageusement, la valeur de seuil est tabulée dans l'unité de commande du moteur en fonction du régime et de la charge du moteur. Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur d'un moteur à 15 combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant au moins un capteur de pression cylindre et une unité de commande. Selon le procédé, on calcule en temps réel la valeur d'un angle, en degré de vilebrequin, pour lequel 90% du combustible a été consommé en fonction de la pression mesurée dans le cylindre, on 20 compare la valeur calculée dudit angle avec une valeur de seuil, et on transmet à l'unité de commande moteur une correction d'avance d'injection lorsque la valeur calculée dudit angle est supérieure à la valeur de seuil, la correction d'injection étant active tant que la valeur calculée de l'angle est supérieure à la valeur de seuil. 25 Par exemple, on calcule un facteur correctif d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle et de la valeur de seuil. On peut appliquer ledit facteur correctif d'avance d'injection sur l'avance d'injection principale ou sur tout le schéma d'injection en 30 cas de multi-injections, dès le cycle suivant, même s'il a lieu sur un autre cylindre. 4 Selon un troisième aspect, l'invention concerne un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant un système tel que décrit précédemment. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention 5 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 illustre, de manière schématique, un système de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur selon 10 l'invention ; et - la figure 2 représente un mode de mise en oeuvre d'un procédé de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur selon l' invention. Un système de réduction de particules polluantes dans l'huile 15 moteur, référencé 10 dans son ensemble, est destiné à être intégré dans une unité de commande d'un moteur Diesel à injection directe (non représenté), comprenant une chambre de combustion dans les pistons du moteur et au moins un capteur de pression de cylindre P. Le système 10 comprend un module 12 de calcul en temps réel 20 d'un angle, en degré de vilebrequin, classiquement en degré d'angle par rapport au point mort haut (PMH) du cylindre considéré, pour lequel 90% du combustible a été consommé. Cet angle est dénommé CA90 et correspond à un indicateur de la fin de combustion. L'angle CA90 est calculé indirectement en fonction du 25 dégagement d'énergie apparent, par la méthode suivante : A chaque instant t d'un cycle de combustion dans le cylindre, correspondant à chaque valeur courante angle a de vilebrequin, on sait calculer le dégagement d'énergie apparent cumulé de la fraction de la masse de comburant et de carburant introduite dans le cylindre qui y est déjà 30 brûlée au moment où l'angle de vilebrequin atteint cette valeur courante a, comme l'intégrale angulaire de l'équation 1 suivante, par application du premier principe de la thermodynamique : 5 AQcoms = dQ comB = m.0 v .d(P.V-)+ PdV Eq.1 n.R Avec dQ la quantité d'énergie élémentaire dégagée ou transfert thermique, COMB exprimée en J ; 5 m, la masse de carburant et de comburant enfermée dans le cylindre, exprimée en kg ,- Cv , la capacité thermique du système à volume constant, exprimée en 1K- 1,- P, la pression de cylindre, ou pression instantanée régnant dans le cylindre 10 exprimée en Pa; V, le volume instantané de la chambre de combustion' image de la position du piston dans le cylindre, exprimée en L,- n, la quantité de matière, exprimée en mole ; et R ; la constante des gaz parfaits, exprimée en J.K-1.mol 15 L'intégrale du dégagement d'énergie est reliée à la masse du carburant selon l'équation suivante : AQCOMB ( carburant brulé carburant imbrülé).13C1 Eq.2 20 Avec : M, la masse de carburant brûlé ou imbrûlé, exprimée en Kg ;et PCI, le pouvoir calorifique inférieur. 25 Pour un moteur Diesel, la masse de carburant imbrûlé peut être négligée. La pression P de cylindre est mesurée à chaque instant par le capteur de pression de cylindre. La valeur du volume V est calculée selon l'équation suivante : = 30 4 Eq.3 6 Avec : Vcc, le volume mort au point mort haut, exprimé en L ; 1, la longueur de la bielle, exprimée en m ; r, le rayon du maneton, exprimé en m ;et 5 a, l'angle de vilebrequin fourni par des capteurs de position angulaire de vilebrequin et d'arbre à came, nécessaires au fonctionnement du système d'injection. Ainsi, connaissant par ailleurs le dégagement total d'énergie QcomB de la totalité de la masse de carburant et de comburant m 10 introduite et enfermée dans le cylindre, on déduit que l'angle a de vilebrequin atteint la position CA90 lorsque l'intégrale calculée par l'équation 1 atteint 90% du dégagement total d'énergie 0 ,COMB- Le système comprend en outre un module 14 de comparaison de la valeur calculée de l'angle CA90 avec une valeur de seuil ScA90max. 15 La valeur de seuil maximale de l'angle CA90 est, par exemple, prédéterminée par des essais ou simulation 3D de la combustion du carburant pour chaque point de régime/couple. Cette valeur maximale SCA90max est tabulée dans l'unité de commande du moteur en fonction du régime et de la charge du moteur. 20 Le système comprend un module 16 de calcul d'un facteur correctif k d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle CA90 et de la valeur de seuil SCA90max : k-CA90- ScA90max Lorsque la valeur calculée de l'angle CA90 est supérieure à la 25 valeur d seuil SCA90max, le système transmet, via un module d'application 18, une correction d'avance d'injection à l'unité de commande du moteur UCE, afin de réduire l'angle CA90 et ainsi limiter le taux de matières charbonneuses dans l'huile moteur. Le facteur correctif k d'avance d'injection peut être appliqué 30 sur l'avance d'injection principale ou sur tout le schéma d'injection en cas de multi-injections, dès le cycle suivant même s'il a lieu sur un 7 autre cylindre. La correction d'injection est active tant que la valeur calculée de l'angle CA90 est supérieure à la valeur de seuil ScA90max L'organigramme représenté sur la figure 2 illustre un exemple de procédé 20 mis en oeuvre par le système représenté sur la figure 1. 5 Lors d'une première étape 21, on calcule en temps réel la valeur d'un angle, en degré de vilebrequin, pour lequel 90% du combustible a été consommé. Cet angle est dénommé CA90 et correspond à un indicateur de la fin de combustion. L'angle CA90 est calculé en fonction du dégagement d'énergie 10 apparent selon les équations Eql à Eq.3 précédentes. Lors d'une deuxième étape 22, on compare la valeur calculée de l'angle CA90 avec une valeur de seuil ScA90max La valeur de seuil maximale de l'angle CA90 est, par exemple, prédéterminée par des essais ou simulation 3D de la combustion du 15 carburant pour chaque point de fonctionnement régime/couple du moteur. Cette valeur maximale ScA9omax est tabulée dans l'unité de commande du moteur en fonction du régime et de la charge du moteur. On calcule ensuite, à l'étape 23, la valeur d'un facteur correctif k d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle 20 CA90 et de la valeur de seuil ScA90max k-CA90- SCA90max Lorsque la valeur calculée de l'angle CA90 est supérieure à la valeur de seuil ScA9omax, on transmet, à l'étape 24, une correction Corr d'avance d'injection à l'unité de commande du moteur, afin de réduire 25 l'angle CA90 et ainsi limiter le taux de matières charbonneuses dans l'huile moteur. Le facteur correctif k d'avance d'injection peut être appliqué sur l'avance d'injection principale ou sur tout le schéma d'injection en cas de multi-injections, dès le cycle suivant même s'il a lieu sur un 30 autre cylindre. La correction d'injection est active tant que la valeur calculée de l'angle CA90 est supérieure à la valeur de seuil ScA90max 8 L'invention est applicable à tous les moteurs Diesel à injection directe comprenant une chambre de combustion dont une paroi est délimitée par un piston, et au moins un capteur de pression cylindre. Le système et procédé selon l'invention permettent d'allonger 5 les intervalles de vidange de l'huile moteur et d'augmenter la fiabilité des moteurs. De plus, REVENDICATIONS1. Système (10) de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur d'un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant au moins un capteur de pression (P) de cylindre et une unité de commande, caractérisé en ce que le système comprend un module (12) de calcul en temps réel d'un angle (CA90), en degré de vilebrequin, pour lequel 90% du combustible a été consommé en fonction de la pression mesurée dans le cylindre, un module (14) de comparaison de la valeur calculée dudit angle (CA90) avec une valeur de seuil (ScA9omax), et un module d'application (18) d'une correction d'avance d'injection lorsque la valeur calculée dudit angle (CA90) est supérieure à la valeur de seuil (ScA90max). 2. Système (10) selon la revendication 1, comprenant un module (16) de calcul d'un facteur correctif (k) d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle (CA90) et de la valeur de seuil (ScA90max). 3. Système (10) selon la revendication 2, dans lequel le facteur correctif (k) d'avance d'injection est appliqué sur l'avance d'injection principale dès le cycle suivant. 4. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la valeur de seuil (ScA9omax) est prédéterminée par des essais ou simulation 3D de la combustion du carburant pour chaque point de fonctionnement régime/couple du moteur. 5. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la valeur de seuil (ScA9omax) est tabulée dans l'unité de commande du moteur en fonction du régime et de la charge du moteur. 6. Procédé (20) de réduction de particules polluantes dans l'huile moteur d'un moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant au moins un capteur de pression (P) de cylindre et une unité de commande, caractérisé en ce que l'on calcule en temps réel la valeur d'un angle (CA90), en degré de vilebrequin, pour lequel 90% du combustible a été consommé en fonction de la pression mesurée dans le cylindre, on compare la valeur calculée dudit 10 angle (CA90) avec une valeur de seuil (ScA9omax), et on transmet a l'unité de commande moteur une correction d'avance d'injection lorsque la valeur calculée dudit angle (CA90) est supérieure à la valeur de seuil (ScA9omax), la correction d'injection étant active tant 5 que la valeur calculée de l'angle (CA90) est supérieure à la valeur de seuil (ScA90max). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on calcule un facteur correctif (k) d'avance d'injection en fonction de la valeur calculée de l'angle (CA90) et de la valeur de seuil (ScA90max). 10 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on applique ledit le facteur correctif (k) d'avance d'injection sur l'avance d'injection principale dès le cycle suivant. 9. Moteur à combustion interne de type Diesel à injection directe comprenant un système selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 5.