FR3089555A1 - Moteur thermique comprenant un dispositif de détection de fuite de gaz de carter - Google Patents

Moteur thermique comprenant un dispositif de détection de fuite de gaz de carter Download PDF

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Abstract

MOTEUR THERMIQUE COMPRENANT UN DISPOSITIF DE DÉTECTION DE FUITE DE GAZ DE CARTER. Le procédé est conçu pour la détection d’une fuite de gaz de carter (GC) dans le circuit de ventilation de gaz de carter d’un moteur thermique (1) équipé d’un turbocompresseur (16). Le procédé comprend une mesure d’un niveau d’oscillations de pression (NO) dans une pression de gaz de carter (P) présente dans un chemin de dégazage de pleine charge (14) du circuit de ventilation de gaz de carter, et une décision (DF) de la présence ou pas d’une fuite dans le circuit de ventilation de gaz de carter sur la base du niveau d’oscillations de pression mesuré. Figure 1

Description

Description
Titre de l’invention : MOTEUR THERMIQUE COMPRENANT UN DISPOSITIF DE DÉTECTION DE FUITE DE GAZ DE CARTER
[0001] L’invention concerne de manière générale le domaine des moteurs thermiques, notamment pour des véhicules. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un moteur thermique comprenant un dispositif de détection de fuite de gaz de carter dans le circuit de ventilation du moteur thermique.
[0002] Dans un moteur thermique, les gaz de carter, appelés aussi « gaz de blow-by », proviennent principalement des fuites au niveau des segments des pistons. Les gaz de carter doivent être évacués pour éviter une montée de pression dans le bas moteur et, consécutivement, un risque de rejet d'hydrocarbures polluants dans l'atmosphère, des dommages du moteur thermique et un danger potentiel pour les personnes.
[0003] Les moteurs thermiques sont équipés d’un circuit de ventilation des gaz de carter dit « circuit de blow-by » qui récupère les gaz de carter et les injecte dans le système d’admission d’air du moteur thermique afin de les brûler dans les chambres de combustion de celui-ci. Avant d’être injectés dans le système d’alimentation d’air, les gaz de carter sont acheminés à travers un dispositif de décantation / déshuileur qui est localisé, en général, dans le couvre-culasse. L’huile récupérée par le déshuileur est renvoyée dans le circuit de lubrification du moteur thermique. Les gaz de carter, débarrassés de l’huile qu’ils contenaient, sont injectés en amont du turbocompresseur ou en aval du papillon des gaz, selon la charge du moteur thermique.
[0004] Le rejet des gaz de carter dans l'atmosphère sera réglementé en Europe de manière plus restrictive avec la norme environnementale européenne dite « Euro 7 ». Les réglementations actuelles des Etats-Unis d’Amérique et de Corée du Sud interdisent d’ores et déjà le rejet des gaz de carter et imposent également le diagnostic embarqué, dit OBD pour « On Board Diagnostic » en anglais, d’un évènement de fuite dans le circuit de ventilation des gaz de carter.
[0005] La demande de brevet US20010010214A1 divulgue l’utilisation d’un capteur de pression dans un moteur thermique à pression atmosphérique pour la détection d’une fuite de gaz de carter. Le capteur de pression est placé dans un passage des gaz entre un clapet dit « clapet PCV », pour « Positive Crankcase Ventilation » » en anglais, et un réservoir nourrisse du moteur. La détection d’une fuite est obtenue par comparaison de la mesure fournie par le capteur de pression à des valeurs de pression de référence. Dans US20170268448A1, plusieurs capteurs de pression sont utilisés pour détecter une fuite dans le circuit de ventilation des gaz de carter.
[0006] Il est souhaitable de fournir une solution fiable, et à un coût économique optimum, pour la détection de fuite des gaz de carter dans le circuit de ventilation d’un moteur thermique, et notamment une solution qui soit adaptée pour un moteur thermique turbocompressé.
[0007] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de détection d’une fuite de gaz de carter dans le circuit de ventilation de gaz de carter d’un moteur thermique équipé d’un turbocompresseur, le procédé comprenant une mesure d’un niveau d’oscillations de pression dans une pression de gaz de carter présente dans un chemin de dégazage de pleine charge du circuit de ventilation de gaz de carter, et une décision de la présence ou pas d’une fuite dans le circuit de ventilation de gaz de carter sur la base du niveau d’oscillations de pression mesuré.
[0008] Selon une caractéristique particulière, la décision de la présence ou pas d’une fuite dans le circuit de ventilation de gaz de carter est validée sur la base d’un rapport signal sur bruit.
[0009] Selon un premier aspect, l’invention concerne un moteur thermique équipé d’un turbocompresseur et comprenant un circuit de ventilation de gaz de carter, le circuit de ventilation de gaz de carter comprenant un chemin de dégazage de pleine charge entre une sortie d’un clapet du circuit de ventilation de gaz de carter et une entrée d’air du turbocompresseur. Conformément à l’invention, le moteur thermique comprend un capteur de pression agencé dans le chemin de dégazage de pleine charge et délivrant un signal de mesure de pression de gaz de carter, des moyens de mesure d’un niveau d’oscillations de pression dans le signal de mesure de pression de gaz de carter et des moyens de décision de la présence ou pas d’une fuite dans le circuit de ventilation de gaz de carter sur la base du niveau d’oscillations de pression mesuré.
[0010] Selon une caractéristique particulière, le capteur de pression est monté au niveau d’un déshuileur du circuit de ventilation de gaz de carter.
[0011] Selon une autre caractéristique particulière, les moyens de mesure de niveau d’oscillations de pression comprennent des moyens de filtrage, de redressement et de moyennage.
[0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens de décision comprennent un module logiciel hébergé dans une mémoire d’une unité électronique de commande du moteur thermique.
[0013] L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un moteur thermique tel que décrit brièvement ci-dessus.
[0014] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
[0015] [fig.l] est une vue schématique d’un moteur thermique selon l’invention, comprenant un dispositif de détection de fuite des gaz de carter ; et
[0016] [fig.2] montre une courbe d’oscillations de pression intervenant dans le circuit de ventilation de gaz de carter pendant un démarrage du moteur thermique selon l’invention.
[0017] La Lig.l montre de manière simplifiée l’architecture générale d’un moteur thermique 1 selon l’invention comprenant un dispositif de détection de fuite des gaz de carter.
[0018] 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 Lig.l.
[0019] Le circuit de ventilation des gaz de carter comporte un déshuileur 110 et des clapets anti-retour 111 et 112 qui sont logés 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 déshuileur 110 et sont dirigés par les clapets anti-retour 111 et 112 tarés à des pressions différentes. Les clapets anti-retour 111 et 112 commandent le passage des gaz de carter vers un conduit de dégazage de charge partielle 13 et un conduit de dégazage de pleine charge 14, respectivement. Ainsi, les gaz de carter sont dirigés vers le conduit de dégazage de charge partielle 13 ou le conduit de dégazage de pleine charge 14 selon le régime de charge du moteur thermique.
[0020] Le conduit de dégazage de charge partielle 13 décharge les gaz de carter dans le collecteur d’alimentation du moteur thermique, en aval du pavillon des gaz 15. Le conduit de dégazage de pleine charge 14 décharge les gaz de carter en entrée du turbocompresseur 16, en aval du filtre à air 17 et du débitmètre d’air 18. Les gaz de carter GC sont ainsi recyclés, sans rejet dans l’atmosphère, en étant brûlés dans la chambre de combustion du moteur thermique 1.
[0021] Comme visible aussi à la Lig.l, il est prévu aussi un conduit de ventilation d’air frais 19 qui amène de l’air ambiant AA dans la culasse 11 à travers un clapet de régulation 113. L’air ambiant AA est prélevé ici en aval du filtre à air 17 et du débitmètre d’air 18, et en amont du turbocompresseur 16. L’air ambiant AA est appelé par une dépression qui peut s’établir dans la bas moteur 12 pendant la marche normale du moteur thermique. De plus, un clapet anti-retour de surpression 114 est agencé de façon à décharger des gaz de carter GC dans le conduit de ventilation d’air frais 19 en cas de surpression dans le carter moteur 120, notamment pour la protection des joints d’étanchéité de ce dernier. Une montée en pression dans le carter moteur 120 peut intervenir, par exemple, lorsque les clapets anti-retour 111, 112, sont bloqués par une formation de glace.
[0022] Conformément à l’invention, le dispositif de détection de fuite de gaz de carter comprend notamment un capteur de pression 2 et un circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3.
[0023] Le capteur de pression 2 pourra être placé en un point quelconque entre le piquage PQ du conduit de dégazage de pleine charge 14, situé en amont de l’entrée d’air du turbocompresseur 16, et le clapet anti-retour 112. Ainsi, par exemple, le capteur de pression 2 pourra être implanté dans le couvre-culasse à proximité du clapet anti-retour 112, en utilisant le déshuileur 110 comme support de montage.
[0024] Le capteur de pression 2 délivre un signal de mesure de pression P qui est traité par le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3. Le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3 analyse le signal de mesure de pression P pendant la phase de démarrage du moteur thermique 1, c’est-à-dire, lorsque le régime moteur est compris entre 0 et 900 tr/mn environ. A partir de l’analyse effectué sur le signal de mesure de pression P, le circuit 3 détermine un niveau d’oscillations de pression NO dans le signal P.
[0025] Des essais réalisés par l’entité inventive sur le moteur thermique 1, avec un circuit de ventilation des gaz de carter pleinement opérationnel, ont mis en évidence que des oscillations de pression DP se produisent pendant la phase de démarrage (entre 0 et 900 tr/mn de régime moteur) sur le chemin des gaz de carter GC entre le clapet anti-retour 112 et le piquage PQ du conduit de dégazage de pleine charge 14.
[0026] Un exemple de forme d’onde des oscillations de pression DP est montré à la Lig.2. Ces oscillations de pression DP interviennent pendant la montée en régime du moteur thermique 1 représentée par la courbe de régime moteur RM à la Lig.2.
[0027] Dans un circuit de ventilation de gaz de carter pleinement opérationnel, l’amplitude des oscillations de pression DP observées peut être de l’ordre de quelques millibars ou dépasser la dizaine de millibars, en fonction du moteur thermique.
[0028] Les essais réalisés par l’entité inventive ont montré également que les oscillations de pression DP diminue en amplitude avec la présence d’une fuite de gaz de carter dans le circuit de ventilation, jusqu’à disparaître totalement lorsque les gaz de carter GC s’échappe dans l’atmosphère de manière importante.
[0029] Ainsi, par exemple, un débranchement du conduit 14 simulant une fuite importante de gaz de carter GC, que le conduit 14 soit débranché du côté du piquage PQ ou du côté du capteur anti-retour 112, conduit à une disparition complète des oscillations de pression DP.
[0030] Un niveau NO faible des oscillations de pression DP est donc fortement corrélé avec la présence d’une fuite de gaz de carter dans le circuit de ventilation. Il est donc possible de détecter de manière fiable une fuite de gaz de carter à partir d’une analyse du signal de mesure de pression P.
[0031] Le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3 reçoit en entrée le signal de mesure de pression P et délivre en sortie le niveau d’oscillations de pression NO représentatif de l’amplitude des oscillations de pression DP contenues dans le signal P. Dans le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3, les oscillations de pression DP sont extraites du signal de mesure de pression P par filtrage fréquentiel passe-haut. Un redressement des oscillations de pression DP et un moyennage par filtrage passe-bas sont ensuite effectués pour obtenir une mesure du niveau d’oscillations de pression NO.
[0032] Un module logiciel DP est prévu pour prendre une décision de détection de fuite, c’est-à-dire, une décision sur la présence ou pas d’une fuite de gaz de carter. La décision de détection de fuite est prise sur la base d’une comparaison entre le niveau d’oscillations de pression NO mesuré et un seuil de niveau prédéterminé. Le rapport « signal/bruit » du niveau d’oscillations de pression NO pourra être pris en compte et devra être suffisamment élevé pour valider la décision de détection de fuite.
[0033] Le module logiciel DP est implanté dans une mémoire ME d’une unité électronique de commande ECU. Typiquement, l’unité ECU hébergeant le module logiciel DP pourra être l’unité de contrôle moteur qui a à charge la commande du moteur thermique et de ses différents organes et accessoires fonctionnels.
[0034] Lorsqu’une fuite de gaz de carter est détectée par le module logiciel DP, celui-ci délivre une alerte IP et un évènement « fuite de gaz de carter » est enregistré par le système de diagnostic embarqué OBD. Cet évènement est signalé à l’utilisateur du véhicule par l’activation d’un voyant sur le tableau de bord, tel que le voyant MIL pour « Malfunction Indicator Lamp » en anglais, pour l’informer qu’une réparation du véhicule est nécessaire.
[0035] Bien entendu, le capteur de pression 2 et le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3 pourront, dans certaines formes de réalisation de l’invention, être réalisés sous la forme d’un composant unique, le circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression étant alors intégré dans le capteur de pression.
[0036] Par ailleurs, on notera que le signal de mesure de pression P pourra être échantillonné et numérisé, de façon que les traitements de filtrage, redressement et moyennage pour l’obtention du niveau d’oscillations de pression seront alors effectués de manière numérique. De plus, on notera que dans la forme de réalisation numérique indiquée cidessus, les fonctions décrites du circuit de mesure de niveau d’oscillations de pression 3 et du module logiciel DP pourront être assurées par un seul module logiciel hébergé dans l’unité électronique de commande ECU.
[0037] Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites 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.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Procédé de détection d’une fuite de gaz de carter (GC) dans le circuit de ventilation de gaz de carter d’un moteur thermique (1) équipé d’un turbocompresseur (16), ledit procédé comprenant une mesure d’un niveau d’oscillations de pression (NO) dans une pression de gaz de carter (P) présente dans un chemin de dégazage de pleine charge (14) dudit circuit de ventilation de gaz de carter, et une décision (DF) de la présence ou pas d’une fuite dans ledit circuit de ventilation de gaz de carter sur la base dudit niveau d’oscillations de pression (NO) mesuré. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite décision de la présence ou pas d’une fuite dans ledit circuit de ventilation de gaz de carter est validée sur la base d’un rapport signal sur bruit. [Revendication 3] Moteur thermique équipé d’un turbocompresseur et comprenant un circuit de ventilation de gaz de carter, ledit circuit de ventilation de gaz de carter comprenant un chemin de dégazage de pleine charge (14) entre une sortie d’un clapet (112) dudit circuit de ventilation de gaz de carter et une entrée d’air (PQ) dudit turbocompresseur (14), caractérisé en ce qu’il comprend un capteur de pression (2) agencé dans ledit chemin de dégazage de pleine charge (14) et délivrant un signal de mesure de pression de gaz de carter (P), des moyens de mesure (3) d’un niveau d’oscillations de pression dans ledit signal de mesure de pression de gaz de carter (P) et des moyens de décision de la présence ou pas d’une fuite dans ledit circuit de ventilation de gaz de carter sur la base du niveau d’oscillations de pression (NO) mesuré. [Revendication 4] Moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit capteur de pression (2) est monté au niveau d’un déshuileur (110) dudit circuit de ventilation de gaz de carter. [Revendication 5] Moteur thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de niveau d’oscillations de pression (3) comprennent des moyens de filtrage, de redressement et de moyennage. [Revendication 6] Moteur thermique selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de décision comprennent un module logiciel (DF) hébergé dans une mémoire (MEM) d’une unité électronique de commande (ECU) dudit moteur thermique (1). [Revendication 7] Véhicule comprenant un moteur thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6.
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