Brevet FR3154763A1 — publié le 20250502

Ce procédé de calcul d’un taux de dilution d’un carburant dans une huile d’un moteur (2) à combustion interne à allumage commandé apte à entraîner au moins une roue du véhicule automobile, ledit moteur (2) étant associé à au moins une machine électrique, comprend des étapes de : - calcul d’une variation (ΔM) d’une masse de carburant dilué dans un bain d’huile (14) du moteur (2) par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité de carburant (Q_in) qui s’ajoute au bain d’huile et une deuxième quantité de carburant (Q_out) qui s’en retranche par évaporation, - mise à jour d’une valeur mémorisée de la masse de carburant dilué (M_fuel_oil) en fonction de la variation (ΔM) calculée, - calcul du taux de dilution (Td) en fonction du rapport entre la masse mise à jour de carburant dilué (M_fuel_oil) et une masse d’huile (M_oil) du bain d’huile. Figure pour l’abrégé : Figure 2 Procédé de calcul d’un taux de dilution d’un carburant dans une huile d’un moteur à combustion interne à allumage commandé associé à au moins une machine électrique L’invention concerne un procédé d’estimation de la dilution d’huile appliqué à des motorisations hybrides à essence ou équivalent dans lesquelles on associe un moteur thermique à des machines électriques réversibles. Il concerne aussi un moteur à combustion interne à allumage commandé apte à mettre en œuvre un tel procédé. Techniques antérieures De nombreux moteurs modernes sont équipés de dispositifs de traitement des gaz d’échappement, qui fonctionnent de manière séquentielle. La plupart des moteurs diesel, par exemple, sont équipés d’un filtre à particules. En fonctionnement normal, ces dispositifs piègent les polluants mais ne les traitent pas. Périodiquement, lorsqu’un paramètre représentatif de la quantité de polluants accumulés atteint une valeur prédéfinie, une phase dite de régénération est déclenchée par un calculateur du moteur, au cours de laquelle les réglages du moteur sont modifiés pour traiter et éliminer les polluants. De manière connue, la régénération est généralement obtenue grâce à un apport de carburant dans le dispositif, par exemple par des post-injections tardives dans les cylindres du moteur. Ainsi, des quantités de carburant sont injectées dans chaque cylindre assez longtemps après le point mort haut de combustion du cylindre pour qu’elles ne participent pas à la combustion. Ces quantités de carburant sont évacuées du moteur, lors du temps d’échappement du cylindre considéré, vers le dispositif de traitement des gaz pour le régénérer, c’est-à-dire pour le purger des polluants accumulés. Toutefois, une fraction du carburant injecté lors des phases de régénération pénètre dans l’huile, notamment à travers les interstices entre le carter-cylindres et les pistons, et elle se dilue dans l’huile. La dilution, c’est-à-dire le taux de carburant contenu dans l’huile, augmente ainsi à chaque fois qu’une phase de régénération est déclenchée. Pour éviter des problèmes de fiabilité du moteur, tels que l’usure prématurée des fûts du carter-cylindres ou des coussinets du vilebrequin, il ne faut jamais dépasser un seuil maximum de dilution, de l’ordre de 10%, car une telle dilution réduit fortement la viscosité de l’huile et donc son pouvoir lubrifiant. Pour les moteurs diesel équipés d’un filtre à particules, il est connu d’utiliser un système de contrôle d’huile ou OCS pour « Oil Control System » en anglais, embarqué dans un calculateur du moteur, qui estime le niveau de dilution du bain d’huile et alerte le conducteur qu’une vidange d’huile est nécessaire dès lors que le seuil maximum de dilution est atteint. La calibration d’un tel système est longue et coûteuse car elle nécessite de nombreux essais en laboratoire à partir de prélèvements dans le bain d’huile. Pour les motorisations non hybrides à essence, bien que de la dilution puisse apparaître après les démarrages à froid puis pendant la phase de chauffe des catalyseurs trois voies, elle disparaît rapidement sous l’effet de l’évaporation, dès que le bain d’huile est chaud, et la dilution n’atteint jamais le seuil maximum. De plus, lorsque les motorisations non hybrides à essence sont équipées de filtres à particules, les régénérations actives c’est-à-dire provoquées du filtre sont rares et n’engendrent pas de fortes dilutions, car les conditions de roulage sont suffisantes pour engendrer une combustion spontanée des particules accumulées dans les filtres. Cependant, la dilution devient problématique pour les motorisations hybrides à essence ou équivalent visées par l’invention, c’est-à-dire les motorisations qui associent un moteur thermique fonctionnant à l’essence (ou avec un mélange d’essence et d’éthanol, voire de l’éthanol pur) à au moins une machine électrique pouvant fonctionner en mode moteur. En effet, ces motorisations gardent souvent le moteur thermique éteint, car on cherche généralement à minimiser son utilisation pour réduire la consommation de carburant au profit d’un avancement du véhicule effectué seul par la ou les machines électriques. Ainsi, dans des cas critiques tels que des successions de trajets courts en ville en ambiance froide, par exemple à 0°C, le moteur thermique n’atteint généralement pas une température minimale de l’ordre de 40-50°C nécessaire pour pouvoir évacuer par évaporation l’essence accumulée dans le bain d’huile. De plus, il est habituel dans des conditions ambiantes froides de prélever des calories du moteur thermique pour le chauffage de l’habitacle, ce qui refroidit encore plus le moteur. Dans ces conditions, le niveau de dilution peut s’accroître jusqu’à dépasser le seuil maximal acceptable en termes de fiabilité du moteur. Afin de garantir la fiabilité du moteur, il est possible soit de fixer à l’avance des intervalles de vidange d’huile, soit d’utiliser un système de type OCS permettant d’estimer le taux de dilution et d’alerter le conducteur de la nécessité d’effectuer une vidange d’huile. Cependant, ces solutions présentent de sérieux inconvénients. Par exemple, des intervalles de vidanges fixés à l’avance génèrent des surcoûts de maintenance, car les vidanges sont réalisées même si elles ne sont pas réellement nécessaires. Par exemple, la calibration des systèmes de type OCS connus de l’art antérieur est une procédure longue et coûteuse tel qu’indiqué précédemment. L’invention propose de remédier aux inconvénients précités en visant un procédé de calcul d’un taux de dilution de carburant basé sur une modèle de calcul simple, précis et robuste de la dilution, appliqué à des motorisations hybrides comprenant un moteur à combustion interne à allumage commandé associé à au moins une machine électrique pouvant fonctionner selon un mode moteur. L’invention a pour objet un procédé de calcul d’un taux de dilution d’un carburant dans une huile d’un moteur à combustion interne à allumage commandé apte à entraîner au moins une roue motrice d’un véhicule automobile, ledit moteur étant associé à au moins une machine électrique pouvant fonctionner selon un mode moteur dans lequel ladite machine électrique participe au couple d’entraînement du véhicule. Le procédé comprend des étapes de : calcul d’une variation d’une masse de carburant dilué dans un bain d’huile du moteur par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité de carburant qui s’ajoute au bain d’huile et une deuxième quantité de carburant qui s’en retranche par évaporation, mise à jour d’une valeur mémorisée de la masse de carburant dilué dans le bain d’huile du moteur en fonction de la variation calculée, et calcul du taux de dilution en fonction du rapport entre la masse mise à jour de carburant dilué dans le bain d’huile du moteur et une masse d’huile du bain d’huile du moteur. Un tel procédé permet de connaître avec précision le taux de dilution dans le moteur, évitant ainsi de mettre en danger la fiabilité du moteur ou d’augmenter inutilement les coûts d’entretien du moteur. De plus, un tel procédé présente une mise en œuvre facilitée, car il ne nécessite pas de calibration préalable. Avantageusement, la première quantité de carburant qui s’ajoute au bain d’huile est obtenue par un bilan de carburant à partir d’un débit de carburant injecté et d’un débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement. Un tel bilan de carburant représente une méthode d’estimation simple, précise et robuste de la première quantité de carburant qui s’ajoute au bain d’huile. Par exemple, le débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement est égal au produit entre une richesse mesurée à l’échappement et un rapport entre un débit d’air d’admission et la valeur du pouvoir comburivore du carburant du moteur. Avantageusement, la deuxième quantité de carburant qui s’évapore est obtenue à partir d’un modèle d’évaporation dans lequel la vitesse d’évaporation du carburant est proportionnelle à sa concentration instantanée. Un tel modèle d’évaporation représente une méthode d’estimation simple et efficace. De préférence, on utilise une mesure de la température d’un liquide de refroidissement du moteur pour calculer la deuxième quantité de carburant qui s’évapore. En effet, la température du liquide de refroidissement est plus proche de la température de la surface d’évaporation du carburant que la température de l’huile à cœur qui est utilisée classiquement. De surcroît, le procédé comprend en outre une étape d’émission d’un message d’alerte lorsque le taux de dilution calculé dépasse une valeur de seuil prédéterminée représentative d’un risque pour la fiabilité du moteur. Un telle étape favorise la protection du moteur. Par exemple, le procédé comprend en outre une étape préalable d’initialisation de la masse de carburant dilué dans le bain d’huile du moteur soit à une valeur nulle si l’huile est neuve, soit à une valeur mémorisée précédemment dans un calculateur du moteur dans le cas contraire. Un tel procédé permet un suivi en continu de la dilution et favorise la protection du moteur. Selon une caractéristique, l’intégrale temporelle est calculée avec un pas de temps de durée prédéterminée. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un véhicule automobile muni d’un moteur à combustion interne à allumage commandé apte à entraîner au moins une roue motrice du véhicule automobile, le moteur étant associé à au moins une machine électrique pouvant fonctionner selon un mode moteur dans lequel la machine électrique participe au couple d’entraînement du véhicule. Le moteur est muni de moyens de : calcul d’une variation d’une masse de carburant dilué dans un bain d’huile du moteur par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité de carburant qui s’ajoute au bain d’huile et d’une deuxième quantité de carburant qui s’en retranche par évaporation, mise à jour d’une valeur mémorisée de la masse de carburant dilué dans le bain d’huile du moteur en fonction de la variation calculée, et calcul d’un taux de dilution en fonction du rapport entre la masse mise à jour de carburant dilué dans le bain d’huile du moteur et une masse d’huile du bain d’huile du moteur. 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 : FIG. 1 est une vue en plan schématique d’un dispositif de motorisation hybride à essence apte à mettre en œuvre un procédé selon l’invention ; FIG. 2 illustre de manière schématique un moteur thermique du dispositif de motorisation hybride de la FIG. 1 ; et FIG. 3 est un organigramme d’un procédé de calcul d’un taux de dilution d’un carburant dans une huile du moteur de la FIG. 2 selon un mode de réalisation de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation La FIG. 1 illustre de manière schématique un dispositif de motorisation 1 hybride connu en lui-même, notamment monté sur un véhicule automobile. Le dispositif de motorisation 1 hybride comprend un moteur thermique 2 à combustion interne et à allumage commandé, associé à au moins une machine électrique, ici, une première machine électrique 3 et une deuxième machine électrique 4. Le moteur thermique 2 produit un couple moteur, qui résulte de la combustion d’un mélange d’air frais et de carburant. Le carburant est de l’essence, un mélange d’essence et d’éthanol, voire de l’éthanol pur. Les machines électriques 3, 4 sont aptes à fonctionner en mode « générateur » sous la supervision d’un boîtier de commande non représenté. En outre, au moins la première machine électrique 3 est apte à fonctionner en mode « moteur ». En d’autres termes, la première machine électrique est réversible. Cependant, il n’est pas indispensable à la mise en œuvre du procédé selon l’invention que la deuxième machine électrique 4 soit apte à pouvoir fonctionner en mode « moteur ». En mode « générateur », une machine électrique 3, 4 est un alternateur qui fournit un courant électrique destiné à être stocké dans une batterie d’accumulateurs non représentée. En mode « moteur », la première machine électrique 3 est au contraire alimentée par du courant précédemment stocké dans la batterie d’accumulateurs et fournit un couple moteur qui peut être transmis aux roues du véhicule, en complément ou en remplacement du couple fourni par le moteur thermique 2. Le dispositif de motorisation 1 est associé à un système de transmission 5 permettant de transmettre aux roues 6 le couple fourni par le dispositif de motorisation 1. Le dispositif de motorisation 1 est réglé de telle façon que le couple qu’il fournit atteigne une valeur de couple de consigne, ou couple requis, correspondant à la « volonté du conducteur d’accélérer », matérialisée par exemple par une valeur de l’enfoncement d’une pédale d’accélérateur du véhicule ou de la pression exercée sur ladite pédale. Le système de transmission 5 comprend notamment une boîte de vitesses 7, un pont différentiel 8 et un arbre de transmission 9. La boîte de vitesses est reliée au moteur thermique 2 et aux machines électriques 3, 4 d’une part, et d’autre part aux roues 6 par l’intermédiaire du différentiel 8 et de l’arbre de transmission 9. Le moteur 2 comprend un calculateur de contrôle-moteur 10 configuré pour commander les différents éléments du moteur thermique 2 à partir de données recueillies par des capteurs à différents endroits du moteur 2. La FIG. 2 illustre de manière simplifiée le moteur thermique 2 de la FIG. 1 . Un tel moteur est adapté pour la mise en œuvre d’un procédé de calcul d’un taux de dilution de carburant dans un bain d’huile du moteur selon l’invention. Le moteur thermique 2 est ici un moteur à trois cylindres en ligne comprenant un injecteur 11 par cylindre. Le moteur comprend un haut moteur 12 comprenant une culasse et un carter-cylindres dont le bas est fermé par un carter d’huile 13. Le carter d’huile 13 renferme un bain d’huile 14 de lubrification du moteur 2 et qui recueille aussi des gaz de carter, connus aussi sous le nom de gaz de « blow-by ». Au cours du fonctionnement du moteur, une partie Q_in du carburant injecté Q_inj par les injecteurs 11 passe depuis le haut moteur dans le carter d’huile 13 augmentant ainsi la masse de carburant M_fuel_oil présente dans le bain d’huile 14 du moteur 2. A l’inverse, une partie Q_out du carburant présent dans le bain d’huile 14 s’en retranche par évaporation à travers un circuit de dégazage 15 du carter d’huile 13 débouchant dans un circuit d’admission d’air 16, à l’aval d’un volet d’admission ou boîtier-papillon 17. Le circuit d’admission d’air 16 comprend en amont du boîtier-papillon 17 un débitmètre 18 configuré pour mesurer le débit d’air d’admission Q_air. En variante, le débit peut être estimé à partir de la pression et de la température dans un collecteur d’admission du moteur, non représenté, et d’un modèle de remplissage. Le moteur 2 comprend un circuit d’échappement 19 des gaz brûlés muni d’une sonde 20 adaptée pour mesurer la richesse Ri_exh à l’échappement. Par exemple, la mesure de la richesse Ri_exh permet au calculateur 10 de régler en boucle fermée la richesse du mélange air-carburant sur une valeur de consigne, généralement unitaire, en ajustant la quantité de carburant injecté. Le moteur 2 peut présenter d’autres spécificités selon les configurations, sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, le moteur peut être du type suralimenté. Par exemple, le moteur peut être muni d’un ou de plusieurs circuits de recirculation partielle des gaz d’échappement à l’admission. La FIG. 3 illustre un organigramme d’un procédé de calcul d’un taux de dilution Td de carburant dans l’huile du moteur 2 selon un exemple de mise en œuvre de l’invention. Le procédé commence par une étape 21 préalable d’initialisation de la masse de carburant dans l’huile du moteur M_fuel_oil soit à une valeur nulle si l’huile est neuve, soit à une valeur mémorisée précédemment dans le calculateur 10 du moteur 2 dans le cas contraire. Le procédé se poursuit par une étape 22 de calcul d’une variation ΔM d’une masse de carburant dilué dans le bain d’huile 14 du moteur 2. Le calculateur 10 calcule la variation ΔM par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité de carburant Q_in qui s’ajoute au bain d’huile 14 et une deuxième quantité de carburant Q_out qui s’en retranche par évaporation. De préférence, l’intégrale temporelle est calculée avec un pas de temps dt de durée prédéterminée, par exemple de l’ordre de 100 millisecondes. La première quantité de carburant Q_in est obtenue par un bilan de carburant à partir d’un débit de carburant injecté Q_inj et d’un débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement Q_exh. Autrement dit, le débit du carburant introduit dans l’huile 14 est la différence entre le débit de carburant retrouvé à l’échappement et le débit du carburant injecté. De préférence, la valeur du débit de carburant injecté Q_inj est directement disponible dans le calculateur 10. La valeur du débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement Q_exh est égal au produit entre la richesse Ri_exh mesurée à l’échappement par la sonde 20 et un rapport entre le débit d’air d’admission Q_air et la valeur du pouvoir comburivore Ks du carburant du moteur 2. Par pouvoir comburivore d’un carburant, on entend le rapport entre la quantité d’air et la masse de carburant correspondante pour une combustion complète. Ce rapport est également appelé relation stœchiométrique massique. La deuxième quantité de carburant Q_out est obtenue à partir d’un modèle d’évaporation dans lequel la vitesse d’évaporation du carburant est proportionnelle à sa concentration instantanée. Par exemple, l’évaporation du carburant est modélisée par une loi cinétique d’ordre un, dans laquelle la vitesse d’évaporation du carburant est égale à l’opposé du produit entre un paramètre de vitesse k de la réaction d’évaporation et de la valeur instantanée de la dilution. De manière connue, le paramètre de vitesse k d’une telle réaction dépend de la température d’évaporation T et de l’énergie d’activation Ea de la réaction, c’est-à-dire de l’enthalpie de vaporisation du carburant selon l’équation suivante : (1) Dans laquelle : k 0 est une constante de vitesse prédéterminée, R désigne la constante des gaz parfaits, et T désigne une valeur représentative de la température d’évaporation du carburant. L’énergie d’activation ou l’enthalpie d’évaporation E a est une fonction qui dépend de la composition du carburant, plus précisément de la proportion d’hydrocarbures lourds contenus dans le carburant. Cette proportion augmente dans le temps, les hydrocarbures les plus légers s’évaporant en premier. Il est à noter que le pas de temps dt de calcul de l’intégrale est choisi suffisamment petit pour que l’enthalpie d’évaporation Ea puisse être considérée constante. A titre d’exemple, il peut être considéré que la variation de l’enthalpie d’évaporation Ea est négligeable sur une durée de quelques minutes. Avantageusement, on prend pour valeur représentative de la température d’évaporation du carburant T, non pas la température de l’huile à cœur telle qu’elle est mesurée ou estimée classiquement sur les moteurs, mais plutôt la température du liquide de refroidissement, dite température d’eau, circulant dans le moteur 2. Cette température est en effet plus proche de la température de la surface d’évaporation du carburant. Elle peut être mesurée par un capteur, non représenté sur les figures. Le procédé se poursuit par une étape 23 de mise à jour d’une valeur mémorisée dans une mémoire du calculateur 10 de la masse de carburant diluée M_fuel_oil dans le bain d’huile 14 du moteur 2 en fonction de la variation ΔM calculée. Le calculateur 10 procède ensuite au calcul du taux de dilution Td en fonction du rapport entre la masse mise à jour M_fuel_oil de carburant dilué dans le bain d’huile 14 du moteur et la masse d’huile M_oil du bain d’huile 14 du moteur 2 (étape 24). De préférence, la masse d’huile M_oil du bain d’huile 14 du moteur 2 est disponible dans le calculateur 10. Par exemple, le moteur 2 est muni de moyens de mesure de la masse d’huile M_oil du bain d’huile 14 adaptés pour transmettre la valeur de M_oil au calculateur 10. Le procédé comprend en outre une étape 25 d’émission d’un message d’alerte lorsque le taux de dilution Td calculé dépasse une valeur de seuil prédéterminée représentative d’un risque pour la fiabilité du moteur 2. Par exemple, une alerte peut être émise sur le tableau de bord du véhicule automobile pour alerter le conducteur du dépassement de la valeur de seuil. Procédé de calcul d’un taux de dilution (Td) d’un carburant dans une huile d’un moteur (2) à combustion interne à allumage commandé apte à entraîner au moins une roue (6) motrice d’un véhicule automobile, ledit moteur (2) étant associé à au moins une machine électrique (3) pouvant fonctionner selon un mode moteur dans lequel ladite machine électrique (3) participe au couple d’entraînement du véhicule, caractérisé en ce que ledit procédé comprend des étapes de : calcul d’une variation (ΔM) d’une masse de carburant dilué dans un bain d’huile (14) du moteur (2) par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité de carburant (Q_in) qui s’ajoute au bain d’huile (14) et une deuxième quantité de carburant (Q_out) qui s’en retranche par évaporation, mise à jour d’une valeur mémorisée de la masse de carburant dilué (M_fuel_oil) dans le bain d’huile (14) du moteur (2) en fonction de la variation (ΔM) calculée, et calcul du taux de dilution (Td) en fonction du rapport entre la masse mise à jour de carburant dilué (M_fuel_oil) dans le bain d’huile (14) du moteur et une masse d’huile (M_oil) du bain d’huile (14) du moteur (2). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première quantité de carburant (Q_in) qui s’ajoute au bain d’huile (14) est obtenue par un bilan de carburant à partir d’un débit de carburant injecté (Q_inj) et d’un débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement (Q_exh). Procédé selon la revendication 2, dans lequel le débit de carburant brûlé qui se retrouve à l’échappement (Q_exh) est égal au produit entre une richesse (Ri_exh) mesurée à l’échappement et un rapport entre un débit d’air d’admission (Q_air) et la valeur du pouvoir comburivore (Ks) du carburant du moteur (2). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la deuxième quantité de carburant (Q_out) qui s’évapore est obtenue à partir d’un modèle d’évaporation dans lequel la vitesse d’évaporation du carburant est proportionnelle à sa concentration instantanée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on utilise une mesure de la température d’un liquide de refroidissement du moteur (2) pour calculer la deuxième quantité de carburant (Q_out) qui s’évapore. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre une étape d’émission d’un message d’alerte lorsque le taux de dilution (Td) calculé dépasse une valeur de seuil prédéterminée représentative d’un risque pour la fiabilité du moteur (2). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une étape préalable d’initialisation de la masse de carburant dilué (M_fuel_oil) dans le bain d’huile (14) du moteur (2) soit à une valeur nulle si l’huile est neuve, soit à une valeur mémorisée précédemment dans un calculateur (10) du moteur (2) dans le cas contraire. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’intégrale temporelle est calculée avec un pas de temps (dt) de durée prédéterminée. Véhicule automobile muni d’un moteur (2) à combustion interne à allumage commandé apte à entraîner au moins une roue (6) motrice dudit véhicule automobile, ledit moteur (2) étant associé à au moins une machine électrique (3) pouvant fonctionner selon un mode moteur dans lequel ladite machine électrique (3) participe au couple d’entraînement du véhicule, caractérisé en ce que ledit moteur (2) est muni de moyens de : calcul d’une variation (ΔM) d’une masse de carburant dilué (M_fuel_oil) dans un bain d’huile (14) du moteur (2) par une intégrale temporelle de la différence entre une première quantité (Q_in) de carburant qui s’ajoute au bain d’huile (14) et d’une deuxième quantité de carburant (Q_out) qui s’en retranche par évaporation, mise à jour d’une valeur mémorisée de la masse de carburant dilué (M_fuel_oil) dans le bain d’huile (14) du moteur (2) en fonction de la variation (ΔM) calculée, et calcul d’un taux de dilution (Td) en fonction du rapport entre la masse mise à jour de carburant dilué (M_fuel_oil) dans le bain d’huile (14) du moteur (2) et une masse d’huile (M_oil) du bain d’huile (14) du moteur (2)