FR2996306A1

FR2996306A1 - Circuit de carburant d’un moteur a combustion et vehicule associe

Info

Publication number: FR2996306A1
Application number: FR1259266A
Authority: FR
Inventors: Rafael Alves
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2014-04-04
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: FR2996306B1; BR102013024174A2

Abstract

La présente invention porte sur un circuit de carburant d'un moteur à combustion comportant une source lumineuse et un détecteur permettant de mesurer la diminution de l'absorption d'une lumière émise par la source lumineuse, lorsqu'un carburant présente une altération, dans lequel la source lumineuse émet sur une longueur d'onde comprise entre 100 et 280 nm. Véhicule équipé d'un moteur et d'un tel circuit de carburant.

Description

CIRCUIT DE CARBURANT D'UN MOTEUR A COMBUSTION ET VEHICULE ASSOCIE pool La présente invention concerne l'identification des caractéristiques d'un carburant alimentant le moteur à combustion d'un véhicule automobile, qu'il soit de type Diesel ou à allumage commandé, et en particulier la caractérisation du taux d'éthanol présent dans le carburant ou la détection de présence d'eau dans le carburant. [0002] L'utilisation de carburants alternatifs, en particulier de carburants contenant un fort taux d'éthanol en remplacement des carburants d'origine pétrolière est de nos jours fortement favorisée par les pouvoirs publics. [0003] On connaît notamment des moteurs dits « flex-fuel », qui sont des moteurs à allumage commandé adaptés pour fonctionner avec un mélange d'essence et d'éthanol, le taux d'éthanol pouvant être compris entre 0 et 100%. Ces moteurs sont notamment susceptibles d'opérer avec un carburant conventionnel d'origine pétrolière ou un carburant comportant des proportions plus ou moins importantes d'éthanol, comme le carburant « E85» commercialisé notamment en Europe et aux Etats-Unis, essentiellement à base de produits dérivés de l'industrie agricole, voire du carburant « E100» à contenant 100% d'éthanol. Le taux d'éthanol peut notamment varier au gré des remplissages du réservoir de carburant avec des carburants contenant un taux plus ou moins élevé d'éthanol. [0004] On connaît également des travaux récents visant à substituer dans un moteur Diesel une part importante du gazole par de l'éthanol. [0005] La connaissance du taux d'éthanol présent dans le carburant alimentant le moteur thermique est importante. En effet, si ces moteurs sont conçus pour résister au caractère corrosif de l'alcool, il n'en reste pas moins que nombre de paramètres moteurs doivent être adaptés au taux d'éthanol effectif présent dans le carburant, ce qui s'effectue typiquement en choisissant une cartographie de contrôle moteur différente, le choix de la cartographie supposant au préalable l'identification du carburant. [0006] L'adaptation des stratégies de contrôle du moteur permet par exemple de limiter les émissions polluantes du moteur, d'en améliorer les performances, ou d'en faciliter le démarrage à froid. [0007] Dans d'autres cas de figure, la capacité à discriminer un carburant éthanolé au-delà d'un seuil donné est également importante afin de s'assurer de la conformité du carburant au carburant prévu pour le fonctionnement du moteur, et informer le cas échant l'utilisateur du moteur d'une erreur ou d'une incompatibilité de carburant. [0008] Sur les véhicules « FLEXFUEL » actuellement commercialisés, cette adaptation du contrôle moteur est effectuée - a postériori, à partir de l'information donnée par la sonde à oxygène présente dans la ligne d'échappement, autrement dit par analyse de la combustion. Parmi les inconvénients de cette technologie on notera son manque de robustesse, et le fait que l'information sur le taux d'éthanol n'est constatée qu'après un certain temps de fonctionnement du moteur. [0009] En réponse à cette problématique, des technologies mettant en jeu une mesure optique ont été développées. Du document EP494734, il est connu d'opérer une mesure optique, par exemple au niveau du réservoir, en se basant sur la mesure de l'absorption de la lumière sur au moins deux longueurs d'onde dans l'infrarouge proches, pour lesquelles l'absorption par un composé hydroxylé (éthanol ou méthanol) est maximale, et en comparant la mesure de l'absorbance relative par rapport à un carburant de référence. Mais cette technologie ne permet pas un diagnostic précis car à ces longueurs d'onde là, la contribution de l'alcool à l'absorption de la lumière est en partie voir même totalement confondue avec les contributions des groupements chimiques caractéristiques des hydrocarbures (CH- ou -CH2- par exemple) et seul un traitement du signal complexe (régression linéaire au moindre carré par exemple) permet d'isoler la contribution de l'éthanol. De fait, même si ces techniques ont été présentées comme pouvant être implantées dans des véhicules, leur champ d'application est resté depuis prèsde 20 ans du domaine du laboratoire. [cm cl Afin de proposer un dispositif plus fiable, le document FR2917496 décrit un système en contenant une source de lumière de longueur d'onde comprise entre 350 et 450 nm. Ce détecteur permet de caractériser si un carburant est riche ou pauvre en alcool, suite au remplissage d'un réservoir. [0011] Néanmoins, ces technologies méritent d'être encore optimisées afin de permettre une mesure robuste. Les mesures réalisées en employant ces technologies sont notamment peu robustes lorsque le carburant est contaminé par une quantité plus ou moins importante d'eau. [0012] Dans l'invention, on tend à résoudre ces problèmes en proposant un circuit utilisant un ensemble source / détecteur travaillant sur une meilleure bande de longueur d'onde, que ce soit en termes de linéarité de la réponse que de robustesse de la mesure. [0013] Plus précisément, l'invention porte donc sur un circuit de carburant d'un moteur à combustion comportant une source lumineuse et un détecteur permettant de mesurer la diminution de l'absorption d'une lumière émise par la source lumineuse, lorsqu'un carburant présente une, dans lequel la source lumineuse émet sur une longueur d'onde comprise entre 100 et 280 nm. Le détecteur est du type permettant de caractériser l'absorption lumineuse sur la bande de fréquence correspondante, ou à tout le moins sur une ou plusieurs fréquences ou bandes de fréquences comprises dans la plage correspondante, et correspondant en tout état de cause à des fréquences émises par la source lumineuse. Par altération, on peut notamment entendre une augmentation du taux d'éthanol dans le carburant, ou encore une présence d'eau dans le carburant. Si l'invention est employée pour caractériser le taux d'alcool dans le carburant, une diminution de l'absorption correspond, typiquement, par rapport à une référence donnée, à une augmentation du taux d'éthanol dans le carburant (l'éthanol étant un liquide très transparent). [0014] De préférence, la source lumineuse émet sur une longueur d'onde de 254 nm. [0015] Dans un mode de réalisation de l'invention, la source lumineuse est monochromatique. On peut employer à cette fin un laser. [0016] Dans un mode de réalisation de l'invention, la source lumineuse est une diode électroluminescente. C'est un mode de réalisation peu onéreux, et relativement simple à mettre en oeuvre dans le cadre d'une application de l'invention embarquée sur un véhicule. [0017] Dans une variante, le détecteur est placé en regard de la source lumineuse. [0018] Dans une autre variante, le détecteur est disposé de manière à recevoir un signal lumineux de la source lumineuse réfléchi par une surface réfléchissante placée en regard de la source lumineuse. Dans cette variante, l'allongement du trajet effectué par la lumière permet d'améliorer la précision de la mesure. [0019] On peut notamment choisir le détecteur parmi les moyens suivants : photodiode, phototransistor et joulemètre. La photodiode peut être du type CCD selon l'acronyme anglophone pour « Charge-Coupled Device », le phototransistor peut être de type CMOS, selon l'acronyme anglophone pour « Complementary Metal Oxide Semiconductor ». [0020] De préférence, le circuit comporte en outre un moyen de traitement électronique adapté à la détermination du taux d'éthanol présent dans le carburant par un algorithme du type logique floue. [0021] Selon divers modes de réalisation, le détecteur peut être disposé à l'entrée d'un rail d'injection, ou dans un injecteur lui-même (ou dans les injecteurs le cas échéant), ou à l'entrée d'une pompe à carburant d'un module jauge pompe d'un réservoir à carburant, ou dans un conduit de remplissage d'un réservoir à carburant. [0022] L'invention porte enfin sur un véhicule équipé d'un moteur et d'un circuit de carburant tel que précédemment décrit, du type comportant un détecteur du type phototransistor, dans lequel la mesure de la tension aux bornes du phototransistor est utilisée comme mesure directe de la concentration en éthanol dans le carburant présent dans un réservoir afin de sélectionner une cartographie de commande du moteur adaptée au carburant présent dans le réservoir. [0023] L'invention est décrite plus en détail et en références aux figures illustrant l'invention selon un mode de réalisation préférentiel. [0024] La figure 1 présente schématiquement un réservoir à carburant d'un véhicule automobile, comportant les éléments tels que décrits ci-après. [0025] La figure 2 présente schématiquement un capteur et son environnement, tel que mis en jeu dans une variante préférentielle de l'invention. [0026] Comme il est illustré à la figure 1, le circuit d'arrivée du carburant comporte essentiellement une embouchure 1, terminée par un bouchon et/ou une trappe, un conduit 2 et un réservoir 3. Sur les véhicules modernes, le réservoir est typiquement placé sous le plancher du véhicule, de sorte que le conduit 2 comporte une première partie 4 essentiellement verticale et une seconde partie 5 essentiellement horizontale, ces deux parties étant jointes par un coude 6. [0027] Dans l'invention, on met en jeu un capteur comportant une source lumineuse Cl et un détecteur C2. [0028] Dans l'exemple de mode de réalisation ici représenté, le capteur est positionné à proximité du point d'entrée 7 dans le réservoir. On peut donc citer plusieurs points privilégiés d'implantation du capteur outre dans le réservoir 3. [0029] II peut notamment être positionné dans un conduit de remplissage du réservoir, par exemple à proximité du point d'entrée 7 dans le réservoir, à proximité du coude 6 et à proximité de la trappe 8 située à l'embouchure 1 du circuit. Situé dans le conduit de remplissage, il peut alors jouer le rôle de détrompeur de carburant, couplé à des moyens pour avertir l'automobiliste de l'erreur du carburant. Notamment, tous les points de liaison ou de soudure du circuit de remplissage en carburant sont propices à la mise en place du capteur. [0030] II peut aussi notamment être positionné à l'entrée d'un rail d'injection du moteur alimenté par le circuit selon l'invention, ou dans les injecteurs, ou dans le réservoir par exemple à l'entrée d'une pompe à carburant d'un module jauge pompe située dans ledit réservoir. Le capteur est alors apte à caractériser le carburant alimentant le moteur à tout instant, pour en adapter la stratégie de contrôle. [0031] La figure 2 présente schématiquement un capteur et son environnement, tel que mis en jeu dans une variante préférentielle de l'invention. [0032] Dans cette variante préférentielle, la lumière émise par la source lumineuse Cl est observée en transmission par le détecteur C2. La source lumineuse et le capteur se font face, dans l'exemple représenté selon un diamètre du conduit 2 raccordant l'embouchure 1 du circuit au réservoir 3. [0033] La lumière peut également, dans d'autres variantes, être observée en réflexion, auquel cas source lumineuse Cl et détecteur C2 peuvent être disposés à proximité immédiate l'un de l'autre. Dans ce cas, on dispose une surface réfléchissante en regard de la source lumineuse Cl, par exemple constituée d'un miroir métallique ou diélectrique ou même plus simplement d'une simple surface blanche. La lumière issue de la source lumineuse Cl est réfléchie par cette surface réfléchissante et revient vers le détecteur C2 positionné du même côté que l'émetteur. [0034] Selon l'invention, la caractérisation du carburant s'effectue en mesurant l'effet de diminution de l'absorption d'une lumière dont la longueur d'onde est 15 située entre 100 et 280 nm. Cela correspond à la bande des UVC. [0035] La source lumineuse Cl peut être une diode électroluminescente (souvent désignée par l'acronyme anglophone « LED ») émettant dans la bande des UVC. La longueur d'onde observée (qu'elle soit émise par une source monochromatique tel un laser, ou bien que la longueur d'onde soit discriminée par le détecteur C2) 20 peut notamment être de 254 nm. [0036] La détection du rayon lumineux peut être réalisée par tout moyen propre à détecter une lumière non absorbée, de sorte que le détecteur C2 peut être de différents types. Un phototransistor, est suffisant et sera de préférence utilisé en raison de son faible coût. On peut notamment employer un phototransistor de type 25 CMOS selon l'acronyme anglophone pour « Complementary Metal Oxide Semiconductor ». D'autres moyens, en particulier une photodiode, par exemple du type CCD selon l'acronyme anglophone pour « Charge-Coupled Device » , ou un joulemètre peuvent être également utilisés. [0037] Si un phototransistor est employé, on peut caractériser le carburant par une 30 mesure directe, la tension aux bornes du phototransistor étant proportionnelle à la concentration en éthanol du mélange carburant. Cette mesure est alors directement préférentiellement utilisée pour sélectionner une cartographie de commande du moteur adaptée au carburant présent dans le véhicule. [0038] II est également possible d'employer un réflecteur de Bragg, et un réflectomètre. [0039] De manière générique, la source lumineuse Cl émet donc une radiation dans une bande de fréquences donnée, à savoir celle des UVC ou à tout le moins sur une ou plusieurs fréquences dans cette bande. Le détecteur C2 absorbe les niveaux d'énergie. [0040] Le spectre d'absorption est converti en un signal de sortie qui peut être traité par exemple de la manière suivante. Le signal peut, si nécessaire, être amplifié (étape Ti) à l'aide d'un amplificateur. Le signal peut ensuite être filtré (étape T2) et transféré en tant qu'entrée d'un l'algorithme de reconnaissance. Le signal peut alors être linéarisé (étape T3) afin d'être associée à un taux d'éthanol et exploité (étape T4) par exemple pour la sélection d'une cartographie de fonctionnement du moteur adaptée à la teneur en éthanol du carburant. [0041] Les moyens utilisés dans le traitement du signal peuvent notamment être : un interféromètre, un filtre passe bande, un transformée de Fourrier rapide (FFT). [0042] L'algorithme de reconnaissance sera préférentiellement du type à logique floue. [0043] La transmission du signal entre le détecteur et les moyens de traitement, ainsi qu'entre les moyens de traitement le cas échéant, peut se par des moyens physique, en filaire, ou par transmission sans fil, selon divers protocoles classiques connus. [0044] L'invention ainsi développée est extrêmement robuste et peu onéreuse à mettre en oeuvre. Elle permet une mesure plus fiable que les technologies connues dans l'état de la technique, notamment même si le carburant est contaminé par de l'eau. L'invention peut ainsi permettre l'adaptation sûre et rapide des paramètres de fonctionnement du moteur alimenté par le carburant dont le taux d'éthanol est évalué, par exemple par la sélection d'une stratégie de contrôle moteur appropriée.

Elle peut également, selon la variante de l'invention considérée, permettre de fournir une information à l'automobiliste sur une erreur de carburant ou sur la présence de carburant frelaté ou encore tout type d'altération de carburant.

Claims

REVENDICATIONS1. Circuit de carburant d'un moteur à combustion comportant une source lumineuse (Cl) et un détecteur (C2) permettant de mesurer la diminution de l'absorption d'une lumière émise par la source lumineuse (Cl) lorsqu'un carburant présente une altération, caractérisé en ce que la source lumineuse (Cl) émet sur une longueur d'onde comprise entre 100 et 280 nm.
2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse (Cl) émet sur une longueur d'onde de 254 nm.
3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la source lumineuse (Cl) est monochromatique.
4. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la source lumineuse (Cl) est une diode électroluminescente.
5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le détecteur (C2) est placé en regard de la source lumineuse (Cl).
6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le détecteur (C2) est disposé de manière à recevoir un signal lumineux de la source lumineuse (Cl) réfléchi par une surface réfléchissante placée en regard de la source lumineuse (Cl).
7. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (C2) est choisi parmi les moyens suivants : photodiode, phototransistor et joulemètre.
8. Circuit selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un moyen de traitement électronique adapté à la détermination du taux d'éthanol présent dans le carburant par un algorithme du type logique floue.
9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le détecteur (C2) est disposé à l'entrée d'un rail d'injection ou dans un injecteur.
10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le détecteur (C2) est disposé à l'entrée d'une pompe à carburant d'un module jauge pompe d'un réservoir (3) à carburant.
11. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le détecteur (C2) est disposé dans un conduit (2) de remplissage d'un réservoir (3) à carburant.
12. Véhicule équipé d'un moteur et d'un circuit de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes du type comportant un détecteur (C2) du type phototransistor, dans lequel la mesure de la tension aux bornes du phototransistor est utilisée comme mesure directe de la concentration en éthanol dans le carburant présent dans un réservoir afin de sélectionner une cartographie de commande du moteur adaptée au carburant présent dans le réservoir.