Brevet FR3124231A1 — publié le 20221223

Le procédé comprenant une détection d’un emballement du moteur thermique suralimenté est une action sur un débit d’air dans un système d’alimentation d’air du moteur. Conformément à l’invention, le procédé comprend des étapes de a) détecter l’imminence d’un emballement à partir d’un écart (EB) dans le système d’alimentation d’air entre une consigne de pression d’air de suralimentation et une pression d’air de suralimentation mesurée et/ou à partir d’une augmentation (D_TGC) d’une température de gaz de carter (TGC) dans le moteur, et b) lorsque l’imminence d’un emballement est détectée à l’étape a), limiter une valeur maximum du débit d’air à une valeur calibrée non nulle attribuée à une détection de l’imminence d’un emballement. Fig.2 PROCÉDÉ DE PRÉVENTION D’EMBALLEMENT PAR DÉPART SUR HUILE DANS UN MOTEUR THERMIQUE SURALIMENTÉ L’invention concerne de manière générale le domaine des moteurs thermiques, notamment pour les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de prévention d’emballement par départ sur huile dans un moteur thermique suralimenté. Le phénomène d’emballement d’un moteur thermique provoqué par la présence dans son système d’admission d’air d’une quantité d’huile excessive est bien connu de l’homme du métier. Le phénomène est dû à un circuit d’alimentation parallèle du moteur thermique, par la formation d’un mélange carburé air/huile dans le système d’admission d’air. Il est à l’origine de dégâts souvent importants dans le moteur thermique, notamment sur les pistons et les cylindres de celui-ci, dégâts qui peuvent conduire à la nécessité d’un échange du moteur thermique du véhicule, avec les conséquences économiques lourdes que cela implique. L’excès d’huile dans le système d’admission d’air du moteur thermique, à l’origine du phénomène d’emballement, est dû généralement aux gaz de carter, appelés aussi « gaz de blow-by ». Plus rarement, il peut être dû à une défaillance du palier flottant de turbocompresseur et à une quantité d’huile importante qui s’introduit consécutivement dans le système d’admission d’air. Dans un moteur thermique, les gaz de carter s’accumulent dans le bas moteur. Ces gaz, qui sont chargés d’huile, de résidus gazeux de combustion et d'hydrocarbures non brulés, proviennent des fuites présentes dans les ensembles piston-segment/chemise du moteur qui ne sont jamais totalement étanches. Les gaz de carter doivent être évacués du bas moteur pour éviter une montée de pression dans celui-ci et, consécutivement, un risque de rejet de polluants dans l'atmosphère par rupture des joints, des dommages du moteur thermique et un danger potentiel pour les personnes. Le rejet des gaz de carter dans l'atmosphère fait l’objet de réglementations restrictives, notamment en Europe avec la norme dite « Euro 7 », ainsi qu’aux Etats-Unis d’Amérique et en Corée du Sud. Les moteurs thermiques sont donc équipés d’un circuit de recyclage des gaz de carter, dit « circuit de blow-by », qui récupère les gaz de carter présents dans le bas moteur et les injecte dans le système d’admission d’air du moteur afin de les brûler dans les chambres de combustion de celui-ci. Lorsque les gaz de carter sont très chargés en huile, un emballement du moteur thermique peut se produire. L’excès d’huile dans le circuit de recyclage des gaz de carter a généralement pour cause un niveau de remplissage d’huile moteur trop important lors d’une vidange, un débit de gaz de carter élevé du fait d’un moteur usagé ou d’une prise d’air dans le circuit, ou un gel dit de « blow-by » formé dans le circuit de recyclage. Ce gel de « blow-by » se forme par condensation et solidification de la vapeur d'eau en cas de température négative et provoque une surpression dans le circuit. Dans l’état de la technique, il est connu par l’entité inventive un procédé mis en œuvre dans un moteur thermique de type Diesel qui arrête le moteur lorsqu’un emballement est détecté. Dans ce procédé, la détection de l’emballement est faite essentiellement sur un gradient de montée en régime du moteur et sur un seuil calibré de régime moteur maximum. Lorsque l’emballement est détecté, le doseur d’air dans le système d’alimentation d’air du moteur est fermé pour étouffer le moteur et obtenir son arrêt. Les essais et mesure réalisés par l’entité inventive ont mis en évidence que dans ce procédé la détection intervient alors que le mélange carburé air/huile, dû au recyclage d’huile, est déjà dans le collecteur d’admission. Ce procédé est de type curatif, et non préventif, car la coupure du moteur thermique intervient alors que celui-ci a déjà commencé à s’emballer. Ce début d’emballement occasionne des dégâts dans le moteur thermique et un diagnostic dans un centre de service après-vente est nécessaire pour identifier l’étendue de ceux-ci, par un contrôle visuel des cylindres et des têtes de piston, des mesures des taux de compression et de la pression d’huile et d’autres opérations. Malheureusement, ce diagnostic conduit fréquemment au constat qu’il est nécessaire de changer des pièces, comme des linguets, des soupapes ou le turbocompresseur, voire de remplacer le moteur thermique. Il est souhaitable de fournir un procédé de prévention d’emballement par départ sur huile pour un moteur thermique suralimenté ne présentant pas l’inconvénient de réparations longues et coûteuses souvent requises dans l’état de la technique. Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de prévention d’emballement par départ sur huile dans un moteur thermique suralimenté comprenant une détection d’un emballement et une action sur un débit d’air dans un système d’alimentation d’air du moteur thermique. Conformément à l’invention, le procédé comprend des étapes de a) détecter l’imminence d’un emballement à partir d’un écart dans le système d’alimentation d’air entre une consigne de pression d’air de suralimentation et une pression d’air de suralimentation mesurée et/ou à partir d’une augmentation d’une température de gaz de carter dans le moteur thermique, et b) lorsque l’imminence d’un emballement est détectée à l’étape a), limiter une valeur maximum du débit d’air à une valeur calibrée non nulle attribuée à la détection de l’imminence d’un emballement. Selon une caractéristique particulière, le procédé comprend également une étape de c) délivrer une alerte lorsque l’imminence d’un emballement est détectée à l’étape a). Selon une autre caractéristique particulière, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un emballement à partir de l’écart est validée lorsque cet écart excède un seuil d’écart calibré pendant une durée de persistance calibrée. Selon encore une autre caractéristique particulière, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un emballement à partir de l’écart est validée lorsque cet écart excède un seuil d’écart calibré pendant une durée de persistance calibrée et la pression d’air de suralimentation mesurée devient inférieure à la pression atmosphérique pendant la durée de persistance calibrée. Selon encore une autre caractéristique particulière, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un emballement à partir de l’augmentation de la température de gaz de carter est validée à partir du résultat d’une comparaison d’un gradient de la température de gaz de carter à un seuil de gradient calibré. L’invention concerne également un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus. Selon une forme de réalisation particulière, le calculateur est un calculateur de contrôle moteur d’un véhicule. L’invention concerne également un ensemble d’un moteur thermique suralimenté et d’un calculateur comme indiqué ci-dessus. Selon une forme de réalisation particulière, l’ensemble comprend un moteur thermique turbocompressé. L’invention concerne également un véhicule comprenant un ensemble comme indiqué ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est une vue schématique d’un moteur thermique turbocompressé de type Diesel dans lequel est mis en œuvre un mode de réalisation particulier du procédé de l’invention ; La est un logigramme du procédé de l’invention selon un mode de réalisation particulier ; La montre des courbes d’évolution de la consigne de pression d’air de suralimentation, de la pression d’air de suralimentation mesurée et de la température des gaz de carter dans le moteur thermique de la lors de la survenue d’un emballement ; et La montre des courbes d’évolution du débit d’air et du régime moteur dans un moteur thermique lors de la survenue d’un emballement. Dans la , le moteur thermique suralimenté 1dans lequel est mis en œuvre le procédé de prévention d’emballement par départ sur huile selon l’invention est ici un moteur Diesel turbocompressé dont l’architecture est montrée de manière simplifiée. Le moteur thermique 1 comprend de manière classique un bloc-cylindres 10 incluant les cylindres 100 du moteur, une culasse 11 et un carter de bas moteur 120 contenant l’huile moteur et qui ferme la partie 12 appelée « bas moteur » par l’homme du métier. Le vilebrequin 101 est monté sur des paliers du bloc-cylindres 10, dans le bas moteur 12. Les ensembles bielle-piston 102 sont représentés aussi à la . Le circuit de recyclage des gaz de carter comporte notamment un dispositif de déshuilage 110 et une vanne de régulation de pression 111 qui est logée dans le couvre-culasse du moteur. Les gaz de carter GC provenant du bas moteur 12, à travers des conduits internes de dégazage (non représentés), traversent le dispositif de déshuilage 110 et sont dirigés vers un conduit externe de dégazage 13 à travers la vanne de régulation de pression 111. L’huile récupérée par le dispositif de déshuilage 110 est renvoyée dans le circuit de lubrification du moteur thermique. Le conduit externe de dégazage 13 décharge les gaz de carter GC, débarrassés de l’huile qu’ils contenaient, dans le système d’alimentation d’air du moteur 1, à savoir, à l’entrée du turbocompresseur 14, en aval du filtre à air 15 et du débitmètre d’air 16. De manière classique, un échangeur thermique de suralimentation 17 est monté à la sortie du turbocompresseur 14 pour refroidir l’air de suralimentation, et un doseur d’air 18 est intercalé entre l’échangeur 17 et le collecteur d’admission d’air du moteur 1. Les gaz de carter GC sont ainsi recyclés, sans rejet dans l’atmosphère, en étant brulés dans la chambre de combustion du moteur thermique 1. Si le niveau d’huile dans le moteur thermique 1 est trop important, ou si le débit de gaz de carter GC est trop important, par exemple à cause d’une prise d’air, de segments usés, cassés ou bloqués, ou si le système de déshuilage se bouche à cause du gel de « blow-by », un recyclage massif d’huile à travers le conduit externe de dégazage 13 peut survenir et est susceptible de provoquer un emballement du moteur thermique 1. En référence toujours à la , le procédé selon l’invention est mis en œuvre au moyen d’un module logiciel embarqué ESW implanté dans une mémoire MEM d’un calculateur ECU du véhicule. Le calculateur ECU est typiquement le calculateur de contrôle moteur qui héberge différentes stratégies de commande du moteur thermique 1. Le module logiciel ESW autorise la mise en œuvre du procédé selon l’invention par l’exécution d’instructions de code de programme par un processeur (non représenté) du calculateur ECU. Comme visible à la , le module logiciel ESW consomme en entrée des informations, comme PAS, CAS et TGC, et délivre des commandes, comme CAL, TC et DS. Les informations PAS, CAS et TGC sont respectivement une pression d’air de suralimentation, une consigne de pression d’air de suralimentation et une température de gaz de carter TGC. Les commandes CAL, TC et DS sont respectivement une commande d’alerte conducteur, des commandes du turbocompresseur et une commande de doseur d’air. L’utilisation de ces informations et commandes dans le procédé selon l’invention apparaîtront plus clairement dans la suite de la description. Le processus de traitement réalisé par le module logiciel ESW pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention est maintenant décrit en détail en référence aussi aux Figs.2 à 4. Comme montré par le logigramme de la , le processus de traitement comprend essentiellement une étape S1 de détection de l’imminence d’un emballement du moteur thermique, une étape S2 d’alerte du conducteur et une étape S3 de limitation du débit d’air dans le système d’alimentation d’air du moteur thermique. De manière générale, dans la présente l’invention, un recyclage d’huile problématique dans le système d’alimentation d’air, susceptible de provoquer un emballement du moteur thermique 1, est détecté de manière précoce, dès que l’huile arrive en entrée du turbocompresseur 14, et cela grâce à la détection d’un écart de boucle d’asservissement significatif sur la pression d’air de suralimentation PAS et/ou d’une augmentation significative de la température TGC des gaz de carter GC. Comme visible à la , la pression d’air de suralimentation PAS et la température de gaz de carter TGC sont mesurées respectivement par des capteurs 2 et 3, qui généralement, notamment le capteur 2, sont déjà présents dans le moteur thermique 1 pour être utilisés par d’autres stratégies de commande implantées dans le calculateur ECU. Ainsi, le capteur 2 est un capteur de pression qui est situé typiquement en aval de l’échangeur thermique de suralimentation 17. Le capteur 3 est un capteur de température qui est situé dans le conduit externe de dégazage 13, à proximité de la sortie de gaz de carter du dispositif de déshuilage 110, ou bien dans le couvre-culasse à proximité de la vanne de régulation de pression 111, en utilisant le dispositif de déshuilage 110 comme support de montage. La pression d’air de suralimentation PAS et la température de gaz de carter TGC mesurées par les capteurs 2 et 3 sont fournies au calculateur ECU du véhicule, typiquement via un réseau de communication de données du type « CAN » (non représenté). En référence plus particulièrement à la , des essais réalisés par l’entité inventive sur les moteurs thermiques suralimentés, comme ici le moteur 1, ont mis en évidence qu’un écart de boucle d’asservissement EB de valeur significative apparaît au début d’un recyclage d’huile, correspondant au temps TRH montré à la , entre la consigne de pression d’air de suralimentation CAS délivrée par le calculateur ECU et la pression d’air de suralimentation PAS mesurée. L’écart de boucle d’asservissement EB est une information qui généralement est déjà disponible dans le calculateur de contrôle moteur ECU, pour être utilisée pour la commande du turbocompresseur 14, et peut donc être exploité directement par le module logiciel embarqué ESW. L’écart de boucle d’asservissement EB pourra également être calculé par le module logiciel embarqué ESW à partir de la consigne CAS et de la pression PAS, deux informations qui sont disponibles dans le calculateur ECU. L’écart de boucle d’asservissement EB s’explique par le fait que le volume d’huile introduit en entrée du turbocompresseur 14 crée une force qui s’oppose à la rotation de la roue de compression de celui-ci. La vitesse de rotation de la roue de compression n’est alors plus suffisante pour comprimer l’air d’admission et obtenir une pression d’air de suralimentation PAS conforme à la consigne de pression d’air de suralimentation CAS fournie par le calculateur ECU. Toujours en référence plus particulièrement à la , d’autres essais réalisés par l’entité inventive sur les moteurs thermiques suralimentés, comme ici le moteur 1, ont mis en évidence qu’une augmentation significative D_TGC de la température de gaz de carter TGC apparaît également au début du recyclage d’huile, au temps TRH susmentionné. Dans le mode de réalisation du procédé illustré par le logigramme de la , les deux types de détections décrites ci-dessus sont utilisées par le processus pour décider sur l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1. Ainsi, les sous-étapes de détection S10A et S10B correspondent respectivement à la détection sur la base de l’écart de boucle d’asservissement EB et à la détection sur la base de l’augmentation de température D_TGC. On notera que dans d’autres modes de réalisation du procédé de l’invention, une seule des deux détections susmentionnées pourra être utilisée. En référence aux Figs.2 et 3, dans la sous-étape de détection S10A, l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1 est détecté par le processus de traitement du module ESW lorsque l’écart de boucle d’asservissement EB dépasse un seuil d’écart calibré SE, EB>SE, pendant une durée de persistance calibrée TEMP et qu’un passage PP de la pression d’air de suralimentation PAS sous la pression atmosphérique Patm intervient dans la durée TEMP. Dans le logigramme de la , l’activation d’une sortie OK (OK= « 1 ») à la sous-étape S10A valide la détection de l’imminence d’un emballement lorsque les conditions susmentionnées sont satisfaites. Dans le cas contraire, c’est une sortie NOK qui est activée (NOK= « 1 ») et la sous-étape S10A boucle en attente d’une détection effective. Dans la sous-étape de détection S10B, la détection de l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1 sur la base de l’augmentation de température D_TGC est effectuée par le processus de traitement du module ESW par le calcul d’un gradient GD sur la température de gaz de carter TGC, information qui est disponible dans le calculateur ECU, et une comparaison à un seuil de gradient calibré SG. Ainsi, la détection effective de l’imminence d’un emballement est validée par le processus à la sous-étape S10B, avec une sortie OK active (OK= « 1 »), lorsque le gradient GD dépasse le seuil de gradient SG. Dans le cas contraire, c’est une sortie NOK qui est activée (NOK= « 1 ») et la sous-étape S10B boucle en attente d’une détection effective. A l’étape S11, dans ce mode de réalisation du procédé, le processus décide de l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1 quand au moins une sortie OK active est délivrée aux sous-étapes S10A et S10B. Ce fonctionnement est représenté à l’étape S11 par une fonction logique de type « OU » recevant en entrée les deux sorties OK des sous-étapes S10A et S10B. L’étape S1 délivre une information DIE qui est active, DIE= « 1 », lorsque l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1 a été détectée par le processus à la sous-étape S10A ou S10B, ou dans les deux sous-étapes S10A, S10B. Comme visible dans le logigramme de la , les étapes S2 et S3 sont lancées lorsque l’information DIE= « 1 » indique l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1. A l’étape S2, le processus active une alerte AL destinée au conducteur du véhicule, en délivrant la commande d’alerte conducteur CAL susmentionnée (cf. ). Le conducteur est ainsi informé de l’entrée dans un mode dégradé MD du moteur thermique, mode dégradé MD dont l’objet est d’éviter un possible emballement du moteur thermique 1. L’alerte AL est lancée via des moyens d’interface homme-machine disponibles dans le véhicule, comme par exemple l’activation d’un voyant sur le tableau de bord, l’émission d’un message écrit ou vocal ou autres. A l’étape S3, le processus active le mode dégradé MD de fonctionnement du moteur thermique 1 dans lequel la valeur maximum que pourra prendre le débit d’air DA dans le système d’alimentation d’air est limitée à une valeur calibrée non nulle DA_L qui est attribuée pour ce cas de vie, c’est-à-dire, la détection de l’imminence d’un emballement du moteur thermique 1. Grâce à la limitation du débit d’air DA, l’huile reste dans le bas de l’échangeur thermique de suralimentation 17 et ne migre pas dans les cylindres du moteur thermique, ce qui permet d’éviter l’emballement de celui-ci. Le débit d’air DA est ici limité par le processus au moyen des commandes TC susmentionnées (cf. ) du turbocompresseur 14 et/ou de la commande DS susmentionnée (cf. ) du doseur d’air 18. Les commandes TC comprennent typiquement une commande de pilotage de la géométrie variable du turbocompresseur 14 et/ou une commande de pilotage de la soupape de surpression du turbocompresseur 14, dite « waste gate » en anglais. La commande DS permet de piloter une fermeture partielle du doseur d’air 18. Lorsque le moteur thermique est un moteur de type essence, le débit d’air sera limité de manière similaire, par la commande du turbocompresseur et, dans ce cas, du papillon des gaz. La illustre la limitation du débit d’air DA réalisée dans le procédé de l’invention afin d’éviter que survienne l’emballement du moteur thermique 1. Le processus décrit plus haut du procédé de l’invention gère la limitation du débit d’air DA pour que celui-ci ne dépasse pas la valeur calibrée DA_L, de façon à maintenir le régime moteur RM en dessous d’une zone d’exclusion Z1 lorsque l’imminence d’un emballement du moteur a été détectée. Sans les dispositions de l’invention, le début de l’emballement du moteur thermique 1 interviendrait dans une zone Z_DE montrée à la . La zone Z2 montrée à la correspond à l’arrêt du moteur thermique 1, réalisée selon le procédé de la technique antérieure précédemment décrit, par un étouffement du moteur avec la fermeture totale du doseur d’air 18. On notera que les deux stratégies de gestion de l’emballement moteur, celle préventive du procédé selon l’invention et celle curative du procédé susmentionné de la technique antérieure, pourront judicieusement être mises en œuvre par le calculateur ECU, pour la sécurité, de façon à pouvoir arrêter le moteur thermique 1 en cas d’échec de la stratégie préventive préconisée par la présente invention. L’alerte de l’étape S2 incite le conducteur à amener rapidement son véhicule dans un centre de service après-vente. Dans le procédé de l’invention, le moteur thermique n’est pas arrêté et le véhicule reste roulant dans le mode dégradé MD. Le conducteur peut ainsi amener par lui-même le véhicule dans le centre de service après-vente pour un contrôle et des interventions qui se limiteront généralement à un nettoyage de l’échangeur thermique de suralimentation et à un complément d’huile dans le moteur. De manière générale, le procédé de l’invention est applicable aux différents moteurs thermiques suralimentés, de type Diesel ou essence, et équipés d’un turbocompresseur, d’un compresseur volumétrique ou d’une configuration hybride de suralimentation d’air comprenant également un compresseur électrique. Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. Procédé de prévention d’emballement par départ sur huile dans un moteur thermique suralimenté (1) comprenant une détection d’un dit emballement et une action sur un débit d’air (DA) dans un système d’alimentation d’air dudit moteur thermique (1), caractérisé en ce qu’il comprend des étapes de a) détecter (S1) l’imminence d’un dit emballement à partir d’un écart (EB, S10A) dans ledit système d’alimentation d’air entre une consigne de pression d’air de suralimentation (CAS) et une pression d’air de suralimentation mesurée (PAS) et/ou à partir d’une augmentation (D_TGC) d’une température de gaz de carter (TGC) dans ledit moteur thermique (1), et b) lorsque l’imminence d’un dit emballement est détectée à l’étape a), limiter (S3) une valeur maximum dudit débit d’air (DA) à une valeur calibrée non nulle (DA_L) attribuée à une détection de l’imminence d’un dit emballement. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend également une étape de c) délivrer (S2) une alerte (AL) lorsque l’imminence d’un dit emballement est détectée à l’étape a). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un dit emballement à partir dudit écart (EB) est validée lorsque ledit écart (EB) excède un seuil d’écart calibré (SE) pendant une durée de persistance calibrée (TEMP). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un dit emballement à partir dudit écart (EB) est validée lorsque ledit écart (EB) excède un seuil d’écart calibré (SE) pendant une durée de persistance calibrée (TEMP) et ladite pression d’air de suralimentation mesurée (PAS) devient inférieure (PP) à la pression atmosphérique (Patm) pendant ladite durée de persistance calibrée (TEMP). Procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que, à l’étape a), une détection de l’imminence d’un dit emballement à partir de ladite augmentation (D_TGC) de ladite température de gaz de carter (TGC) est validée à partir du résultat d’une comparaison d’un gradient (GD) de ladite température de gaz de carter (TGC) à un seuil de gradient calibré (SG). Calculateur (ECU) comportant une mémoire (MEM) stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. Calculateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit calculateur est un calculateur de contrôle moteur (ECU) d’un véhicule électrique. Ensemble d’un moteur thermique suralimenté (1) et d’un calculateur, caractérisé en ce que ledit calculateur est un calculateur (ECU) selon la revendication 7. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moteur thermique suralimenté est un moteur thermique turbocompressé (1). Véhicule comprenant un ensemble (1, ECU) selon la revendication 8 ou 9.