EP2324214B1 - Strategie de controle de la qualite du lubrifiant d'un moteur diesel - Google Patents

Strategie de controle de la qualite du lubrifiant d'un moteur diesel Download PDF

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EP2324214B1
EP2324214B1 EP09740369.5A EP09740369A EP2324214B1 EP 2324214 B1 EP2324214 B1 EP 2324214B1 EP 09740369 A EP09740369 A EP 09740369A EP 2324214 B1 EP2324214 B1 EP 2324214B1
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EP
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oil
distance
criticality
strategy according
engine
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EP09740369.5A
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Gérald Crepeau
Gérard ABELLANEDA
Victor Da Silva
Renaud Dufour
Pascal Folliot
Frédéric MONNIER
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/10—Indicating devices; Other safety devices

Definitions

  • the present invention claims the priority of the French application 0855790 filed August 29, 2008 .
  • the invention relates to a strategy for controlling the quality of the lubricant of a diesel engine of a motor vehicle.
  • regenerations are all characterized by the use of the post injection: a late injection is performed during the relaxation after the main combustion in order to maintain the hot gases or a sufficient richness of the air / fuel mixture.
  • post-injection is also required to heat the gases exhaust at a sufficient temperature to achieve the combustion carbon soot retained on the filter.
  • the NOx purge phases require a late injection in order to cause an almost total consumption of the oxygen of the exhaust gases, making it possible to increase the richness of the exhaust gas passing through the catalyst.
  • the post-injection levels must both make it possible to mount the exhaust gases at a high temperature (above 650 ° C) and at a richness greater than 1.
  • the dilution rate after 20 000 km is generally between 4 and 6%.
  • a vehicle engine comprising a particulate filter and a NOx post-treatment system is even more strongly subject to the phenomenon of dilution of its lubricating oil.
  • the purging of the NOx trap must be carried out more frequently than that of the particulate filter to maintain the conversion efficiency of the catalyst (on average one purge every 1 to 3 minutes), with regard to the NOX but also SOx.
  • a high level of fuel dilution means for the engine a drop in the viscosity of the oil causing a drop in oil pressure with a risk of underfeeding and thus galling of a lubricated element and thinning of the films lubricant that can cause premature wear of lubrication components.
  • the resulting dilution of the additive concentrations contained in the lubricating oil carries a risk of reducing its performance.
  • the carbon content in the oil may be above the acceptable threshold of up to 5%, which may be aggravated by, among other things, the use of exhaust gas recirculation (EGR) devices.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the combustion process induces, in fact, the formation of nanoparticles mainly composed of carbon. These nanoparticles, whose size is less than one micron, are hard and abrasive. They lead to an increase in the wear of mechanical engine parts (connecting rod, distribution ..). After destruction of the dispersive properties of the oil they tend to agglomerate to form soot filled interstices of organic compounds, which then causes agglomerates considered soft.
  • agglomerates can increase in size until they form deposits at the bottom of the oil tank or in the motor filters.
  • the high soot levels will, among other things, alter the properties of some lubricant additives and thus change the chemical and physical properties of the oil resulting in higher operating temperatures and accelerated engine wear. .
  • the document EP 1 728 983 A describes a method for determining the remaining life of the lubricating oil of a combustion engine.
  • the life of the engine then depends mainly on the proper adjustment of the interval between each maintenance of the engine oil that is applied.
  • the object of the invention is therefore to propose a strategy for applying a preventive maintenance of the lubricant of a motor vehicle engine adapted to the type of running of said vehicle.
  • the invention is particularly applicable to a motor vehicle whose exhaust line of its engine comprising, at least, a particulate filter and / or a nitrogen oxides treatment device regenerated by post-fuel injection, characterized in that it comprises storage and calculation means for implementing the strategy defined above.
  • the second risk the presence in the oil of wear elements, is found on the engine of vehicles whose rolling is carried out mainly at high load regime.
  • This type of driving which is particularly present for vehicles utilities, will generate a rapid increase in the rate of carbonaceous material in the engine oil, and thus increase the share of wear elements in the oil and therefore its degradation by aging.
  • the figure 1 shows, by way of example, a representative graph of the torque C of an engine as a function of its speed N.
  • a zone Zd corresponding to a critical rolling with respect to the dilution has been delimited and a zone Zp corresponding to the critical rolling compared to the wear elements.
  • the information needed to define the criticality of a taxi is the distance traveled by the vehicle, the speed and the load of the engine. This information is directly available at the motor control level.
  • zone Zd critical to the dilution point of view and the zone Zp critical from the point of view of the carbonaceous particles are defined first, as has been seen above.
  • a distance X traveled by the reference vehicle, for example 1000 km, is also defined.
  • the percentage of the distance X carried out with an operation of the engine situated in the zone Zd is then calculated, which determines a first level Cd of criticality for the risks of dilution, and the percentage of the distance X carried out in the zone Zp which determines a second level Cp of criticality concerning the risks related to the particles.
  • the first value appears only after the distance X has been traveled for the first time and the following measurements are adjusted in sliding value.
  • the Cd1, Cd2, ... Cdn, Cp1, ... Cpn are either 1 or 0 (see example above) and summed then the sum is divided by the distance traveled divided by the reference distance.
  • the rounded function (number; 0) makes it possible to perform a real rounding and not a rounding down or rounding up, the value thus obtained will be 0 or 1.
  • the criticality levels correspond to the percentage of the distance traveled by the vehicle with a regime located in one of the critical zones Zd or Zp, in the measurement step of the distance X considered.
  • an alert threshold is predetermined, for example when the vehicle performs more than 65% of its taxi in one of the two zones. The alert is triggered when the threshold is reached for at least one of the monitored levels.
  • This alert can be transmitted to the user in various ways, for example, by lighting a light or display of the remaining distance to be traveled before the next drain.
  • the vehicle When the vehicle incorporates the display on the dashboard of the distance to be covered until the next oil change, it may be pre-adjusted, during a maintenance operation, to take account of the relevant information recorded concerning the fuel levels. criticality, including the long-term Ct level.
  • the invention that has just been described makes it possible to ensure the preservation of the properties of the lubricating oils of a diesel engine by adjusting the intervals between two changes to the conditions of use of the vehicle. This limits organ failures whose durability depends to a large extent on the quality of these oils.

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Description

  • La présente invention revendique la priorité de la demande française 0855790 déposée le 29 août 2008 .
  • L'invention concerne une stratégie de contrôle de la qualité du lubrifiant d'un moteur Diesel de véhicule automobile.
  • Le traitement des polluants contenus dans les gaz d'échappement des moteurs Diesel a conduit au développement de nouveaux systèmes, tels que le filtre à particules ou le piège à NOx.
  • Ces systèmes se caractérisent par l'adsorption d'espèces chimiques polluantes présentes à l'échappement : particules solides carbonées, oxydes d'azote (NOx) et anhydrides du soufre (SOx) sur une matrice traitée chimiquement disposée dans la ligne d'échappement moteur.
  • Afin de maintenir une efficacité satisfaisante de ces systèmes, il est nécessaire de procéder à des régénérations afin d'assurer la désorption de ces espèces sous une forme acceptable pour l'atmosphère.
  • Ces régénérations se caractérisent toutes par le recours à la post injection : une injection tardive est effectuée pendant la détente après la combustion principale afin de maintenir les gaz chauds ou une richesse suffisante du mélange air/carburant.
  • En ce qui concerne la régénération des filtres à particules, la post-injection est également requise pour chauffer les gaz d'échappement à un niveau de température suffisant permettant d'atteindre la combustion des suies carbonées retenues sur le filtre.
  • Pour les Pièges à NOx, les phases de purge des NOx nécessitent de procéder à une injection tardive afin de provoquer une consommation pratiquement totale de l'oxygène des gaz d'échappement, permettant de porter la richesse des gaz d'échappement traversant le catalyseur au-delà de 1. Pour les phases de purge des SOx, les niveaux de post-injection doivent à la fois permettre de monter les gaz d'échappement à hautes température (supérieure à 650°C) et à richesse supérieure à 1.
  • Toutefois, si ces post injections permettent de régénérer efficacement les systèmes de dépollution présents dans les lignes d'échappement, elles présentent l'inconvénient important de provoquer une dilution de gazole dans l'huile.
  • En effet ces injections tardives provoquent une introduction de gazole dans le film d'huile, soit par impact liquide direct du jet en provenance de l'injecteur, soit par condensation d'espèces de carburant vaporisées lors de la post injection, à l'extinction de la combustion principale.
  • Le film d'huile présent sur le cylindre étant partiellement ramené par raclage vers le bac à huile à chaque cycle, il en résulte une montée progressive du taux de dilution du gazole dans l'huile contenue dans ce bac, à chacune de ces phases de régénérations.
  • Pour un moteur dont la ligne d'échappement comporte un filtre à particules dont la régénération s'effectue généralement tous les 600 à 800kms, on estime que le taux de dilution au bout de 20 000 km est généralement compris entre 4 et 6%.
  • Une motorisation de véhicule comportant un filtre à particules et un système de post-traitement des NOx est encore plus fortement soumise au phénomène de dilution de son huile de lubrification. En effet, la purge du piège à NOx doit être réalisée plus fréquemment que celle du filtre à particules pour maintenir l'efficacité de conversion du catalyseur (en moyenne une purge toutes les 1 à 3 minutes), en ce qui concerne les NOX mais aussi les SOx.
  • La résultante des effets de ces différentes régénérations' conduit à une dilution de l'huile de lubrification par du gazole qui dépasse généralement 30% en masse sur 30 000 km si aucune mesure n'est prise pour la corriger au cours du fonctionnement du moteur, alors que la limite acceptable pour les huiles Diesel actuelles se situe en dessous de 8%.
  • Un niveau élevé de dilution de carburant signifie pour le moteur une baisse de la viscosité de l'huile provoquant une chute de pression d'huile avec un risque de sous alimentation et donc de grippage d'un élément lubrifié ainsi qu'un amincissement des films de lubrifiant pouvant provoquer une usure prématurée d'organes de lubrification. On assiste également à une accélération du vieillissement de l'huile, par oxydation, ainsi qu'à une corrosion des matériaux d'étanchéité de son circuit. En outre, la dilution, qui en résulte, des concentrations d'additifs contenus dans l'huile de lubrification entraîne un risque de réduction de ses performances.
  • De plus, selon le mode d'utilisation du véhicule et/ou le type de carburant utilisé, la teneur en carbone dans l'huile peut être au dessus du seuil acceptable de 5% maximum, teneur aggravée, entre autre, par l'utilisation des dispositifs de recyclage des gaz d'échappement (EGR).
  • Le processus de combustion induit, en effet, la formation de nanoparticules principalement constituées de carbone. Ces nanoparticules, dont la taille est inférieure au micron, sont dures et abrasives. Elles conduisent à une augmentation de l'usure des pièces mécaniques moteur (bielle, distribution..). Après destruction des propriétés dispersives de l'huile elles ont tendance à s'agglomérer pour former des suies remplies aux interstices de composés organiques, ce qui entraîne alors des agglomérats considérés comme mous.
  • Ces agglomérats peuvent s'accroître en taille jusqu'à former des dépôts au fond du bac à huile ou dans les filtres moteurs. Les niveaux élevés de suie auront comme conséquence entre autre d'altérer les propriétés de certains additifs du lubrifiant et donc de provoquer le changement des propriétés chimiques et physiques de l'huile ayant pour résultat des températures de fonctionnement plus élevées et une usure accélérée du moteur.
  • La longévité d'un moteur dépend en grande partie de la qualité de sa lubrification. Cette qualité peut donc être sérieusement dégradée si l'utilisation du véhicule augmente le taux de dilution du carburant dans l'huile ou celui des particules carbonées.
  • Le document EP 1 728 983 A décrit un méthode de détermination de la durée de vie restante de l'huile de lubrification d'un moteur à combustion.
  • La durée de vie du moteur dépend alors surtout du bon ajustement de l'intervalle entre chaque maintenance de l'huile moteur que l'on applique.
  • Le but de l'invention est donc de proposer une stratégie permettant d'appliquer une maintenance préventive du lubrifiant d'un moteur de véhicule automobile adaptée au type de roulage dudit véhicule.
  • Conformément à l'invention, il est proposé une stratégie de surveillance de la qualité de l'huile de lubrification d'un moteur, comportant les étapes suivantes :
    • la détermination d'une première (Zd) et d'une seconde zone (Zp) de fonctionnement du moteur correspondant respectivement à un premier risque élevé de dilution du carburant dans l'huile et à un second risque élevé de présence de particules carbonées dans l'huile,
    • la sélection d'une distance de référence Dref,
    • le calcul sur cette distance de référence, ajustée en valeur glissante, du pourcentage de la distance parcourue dans la première et/ou la seconde zone, ce pourcentage étant associé à un premier (Cd) et second niveau (Cp) de criticité associé au premier et au second risque ;
    • le déclenchement d'une alerte lorsque l'un au moins de ces niveaux de criticité dépasse un seuil d'alerte propre au risque considéré.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
    • Les zones de criticité sont déterminées en fonction du couple du moteur et de son régime ou dans une autre variante, en fonction de la vitesse du véhicule.
    • Les niveaux de criticité sont mis en mémoire toutes les fois que la distance prédéterminée a été parcourue par le véhicule.
    • La stratégie comporte une étape supplémentaire au cours de laquelle on prend en compte le mode de roulage du véhicule entre les deux dernières vidanges effectuées, rapporté à la distance parcourue depuis la dernière vidange, pour définir un niveau de criticité à long terme.
    • L'alerte est transmise par allumage d'un voyant ou par affichage de la distance restant à parcourir avant la prochaine vidange.
    • La distance à parcourir jusqu'à la prochaine vidange est ajustée, lors d'une opération de maintenance, en fonction des informations enregistrées concernant les niveaux de criticité.
  • L'invention s'applique tout particulièrement à un véhicule automobile dont la ligne d'échappement de son moteur comportant, au moins, un filtre à particules et/ou un dispositif de traitement des oxydes d'azote régénérés par post-injection de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stockage et de calcul pour la mise en oeuvre de la stratégie définie ci-dessus..
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre indicatif, et de la figure annexée qui est un graphique du couple d'un moteur en fonction du régime montrant les zones critiques de fonctionnement.
  • Comme on vient de l'exposer, les risques engendrés par les systèmes de dépollution d'un moteur Diesel concernent, d'une part la dilution de l'huile de ce moteur par le gazole et, d'autre part la présence d'éléments d'usure dans cette huile.
  • Le premier de ces risques, la dilution, se rencontre sur un véhicule dont le roulage s'effectue essentiellement à faible régime, faible charge, de sorte que la régénération de son filtre à particules se fera difficilement. Les risques de régénérations avortées sont alors augmentés ce qui entraîne la dégradation de l'huile moteur par dilution par le gazole de cette dernière.
  • Le second risque, la présence dans l'huile d'éléments d'usure, se rencontre sur le moteur des véhicules dont le roulage s'effectue essentiellement à fort régime forte charge. Ce type de roulage, qui est particulièrement présent pour les véhicules utilitaires, va générer une augmentation rapide du taux de matières carbonées dans l'huile moteur, et ainsi augmenter la part d'éléments d'usure dans l'huile et donc sa dégradation par vieillissement.
  • La figure 1 montre, à titre d'exemple, un graphique représentatif du couple C d'un moteur en fonction de son régime N. Sur ce graphique, on a délimitée une zone Zd correspondant à un roulage critique vis-à-vis de la dilution et une zone Zp correspondant au roulage critique par rapport aux éléments d'usure.
  • Bien entendu, ces limites dépendent de la motorisation et du type de véhicule. Sur le graphique, on a délimité les deux zones par couple et régime mais les limites peuvent être interprétées au moyen d'une fonction du régime et du couple ou en fonction de la vitesse du véhicule.
  • Les informations nécessaires afin de définir la criticité d'un roulage sont donc la distance parcourue par le véhicule, le régime et la charge du moteur. Ces informations sont directement disponibles au niveau du contrôle moteur.
  • Pour chaque moteur, on défini tout d'abord la zone Zd critique au point de vue dilution et la zone Zp critique au point de vue des particules carbonées, ainsi qu'on l'a vu plus haut. On défini également une distance X parcourue par le véhicule de référence, par exemple 1000 km.
  • On calcule ensuite le pourcentage de la distance X effectué avec un fonctionnement du moteur situé dans la zone Zd ce qui détermine un premier niveau Cd de criticité pour les risques de dilution, et le pourcentage de la distance X effectué dans la zone Zp ce qui détermine un deuxième niveau Cp de criticité concernant les risques liés aux particules.
  • Par exemple, si le calcul sur 1000 km glissant (X=1000 km ici) indique que le client passe 65% de son kilométrage en zone Zd entre 24000 et 25000 km le niveau de criticité Cd24 de roulage vis-à-vis de la tenue huile moteur passera à 1 (ie critique).
  • La première valeur n'apparaît qu'après que la distance X ait été parcourue pour la première fois et les mesures suivantes sont ajustées en valeur glissante.
  • En outre, toutes les fois que la distance prédéterminée X a été parcourue par le véhicule, les deux valeurs enregistrées sont mises en mémoire.
  • Un dernier paramètre de contrôle de qualité d'huile est également associé à ces deux premiers paramètres de contrôle. Celui-ci permet de définir un niveau Ct de criticité à plus long terme prenant en compte le mode de roulage du véhicule entre les deux dernières vidanges effectuées, rapporté à la distance D parcourue depuis la dernière vidange : Ct = arrondi somme Cd 1 + ... + Cdn + Cp 1 + ... + Cpn + 1 / D / X ; 0
    Figure imgb0001
     où les valeurs Cd1 à Cdn et Cp1 à Cpn correspondent respectivement aux niveaux de criticité Cd et Cp mis en mémoire toutes les distances X atteintes entre les deux dernières vidanges.
  • Les Cd1, Cd2, ... Cdn, Cp1, ...Cpn sont soient à 1 ou 0 (cf exemple ci-dessus) et sommées puis la somme est divisée par la distance parcouru divisée par la distance de référence. La fonction arrondi (nombre ; 0) permet d'effectuer un arrondi réel et non un arrondi inférieur ou un arrondi supérieur, la valeur ainsi obtenue sera donc 0 ou 1.
  • On rappellera que les niveaux de criticité correspondent au pourcentage de la distance parcourue par le véhicule avec un régime situé dans l'une des zones critiques Zd ou Zp, dans le pas de mesure de la distance X considéré.
  • Pour chaque niveau de criticité ainsi défini, un seuil d'alerte est prédéterminé, par exemple lorsque le véhicule effectue plus de 65% de son roulage dans l'une des deux zones. L'alerte est déclanchée lorsque le seuil est atteint pour l'un au moins des niveaux surveillés.
  • Cette alerte peut être transmise à l'utilisateur de différentes manières, par exemple, par allumage d'un voyant ou affichage de la distance restant à parcourir avant la prochaine vidange.
  • Lorsque le véhicule intègre l'affichage au tableau de bord de la distance à parcourir jusqu'à la prochaine vidange, celle-ci peut-être préajustée, lors d'une opération de maintenance, pour tenir compte des informations pertinentes enregistrées concernant les niveaux de criticité, notamment le niveau Ct à long terme.
  • On peut, également, associer à ces informations une analyse des composants impactés par la qualité de l'huile : paliers, distribution, filtre à huile...
  • L'invention que l'on vient de décrire permet de s'assurer de la conservation des propriétés des huiles de lubrification d'un moteur Diesel en ajustant les intervalles entre deux vidanges aux conditions d'utilisation du véhicule. On limite ainsi les défaillances des organes dont la durabilité dépend pour une grande part de la qualité de ces huiles.

Claims (9)

  1. Stratégie de surveillance de la qualité de l'huile de lubrification d'un moteur, comportant les étapes suivantes :
    • la détermination d'une première (Zd) et d'une seconde zone (Zp) de fonctionnement du moteur correspondant respectivement à un premier risque élevé de dilution du carburant dans l'huile et à un second risque élevé de présence de particules carbonées dans l'huile,
    • la sélection d'une distance de référence Dref,
    • le calcul sur cette distance de référence, ajustée en valeur glissante, du pourcentage de la distance parcourue dans la première et/ou la seconde zone, ce pourcentage étant associé à un premier (Cd) et second niveau (Cp) de criticité associé au premier et au second risque ;
    • le déclenchement d'une alerte lorsque l'un au moins de ces niveaux de criticité dépasse un seuil d'alerte propre au risque considéré.
  2. Stratégie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les zones de criticité (Zd) et (Zp) sont déterminées en fonction du couple (C) du moteur et de son régime (N).
  3. Stratégie selon la revendication 1, caractérisée en ce que les zones de criticité (Zd) et (Zp) sont déterminées en fonction de la vitesse du véhicule.
  4. Stratégie selon la revendication 2 ou la revendication 3,caractérisée en ce que les niveaux de criticité (Zd) et (Zp) sont mis en mémoire toutes les fois que la distance prédéterminée (X) a été parcourue par le véhicule.
  5. Stratégie selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' elle comporte une étape supplémentaire au cours de laquelle on prend en compte le mode de roulage du véhicule entre les deux dernières vidanges effectuées, rapporté à la distance (D) parcourue depuis la dernière vidange, pour définir un niveau (Ct) de criticité à long terme.
  6. Stratégie selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'alerte est transmise par allumage d'un voyant.
  7. Stratégie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alerte est transmise par affichage de la distance restant à parcourir avant la prochaine vidange.
  8. Stratégie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance à parcourir jusqu'à la prochaine vidange est ajustée, lors d'une opération de maintenance, en fonction des informations enregistrées concernant les niveaux de criticité.
  9. Véhicule automobile dont la ligne d'échappement de son moteur comportant, au moins, un filtre à particules et/ou un dispositif de traitement des oxydes d'azote régénérés par post-injection de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stockage et de calcul pour la mise en oeuvre de la stratégie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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