WO2022161859A1 - Dispositif et procede de purge d'un flux de gaz charge en vapeurs d'hydrocarbures - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the treatment of hydrocarbon vapors in a motor vehicle and more particularly to a device for purging hydrocarbon vapors in a heat engine of a motor vehicle.
- the invention finds its application in particular in hybrid vehicles and in vehicles with pure internal combustion engines.
- fuel advantageously relates to at least one hydrocarbon.
- a filtering device in the fuel intake system of the vehicle.
- a device is connected, on the one hand, to the tank and, on the other hand, to the exterior of the vehicle.
- this device comprises a carbon degassing filter hereinafter referred to as an “absorbent filter” (commonly referred to as “canister” by those skilled in the art) which makes it possible to absorb the hydrocarbon vapors from the tank so that the fuel fumes evacuated into the atmosphere by the evacuation device are in the form of a gas significantly purified of the polluting components contained in the hydrocarbon vapours.
- absorbent filter has a limited absorption capacity, called the maximum load of the filter.
- the absorbent filter is then said to be “full” or “filled” or else that it is saturated. In this case, the filter can no longer retain the hydrocarbon vapors which then escape into the atmosphere. More generally, whether the absorbent filter is saturated or not, it is characterized at a given instant by its load which corresponds to the percentage of mass of fuel stored in said filter with respect to its saturation value, that is to say by relative to its maximum load.
- the device is connected to the heat engine of the vehicle so as to allow the injection of the hydrocarbon vapors absorbed by the filter directly into the combustion chambers of the cylinders of the engine in operation in order to burn them.
- the absorbent filter is regularly charged with the hydrocarbon vapors coming from the tank then the engine control computer occasionally discharges it into the combustion chambers of the cylinders of the heat engine when said engine is in operation.
- a known solution for solving this problem consists in using a radial pump, called an active purge pump, between the filter and the engine in order to cause the hydrocarbon vapors to circulate in the purge circuit as far as the engine. In doing so, it is necessary to compensate for the quantity of hydrocarbon vapors introduced into the cylinders of the engine with a corresponding volume of air in order to respect the stoichiometric air-fuel ratio necessary for the proper combustion of the mixture in the heat engine.
- any flow control error involves a deviation relative to the stoichiometric ratio which leads to a variation in the hydrocarbon vapor concentration of the absorbent filter, impacting the estimation of said hydrocarbon vapor concentration in real time.
- the estimated concentration of hydrocarbon vapor can vary between 0 and 200%, whereas in practice, the actual concentration of hydrocarbon vapor cannot exceed 80%.
- the flow control is erroneous and deviates whenever any control error occurs.
- the system remains relatively stable because control is carried out in a closed loop via an oxygen sensor (called a lambda sensor) placed in the engine exhaust gas circuit.
- a lambda sensor oxygen sensor
- the hydrocarbon vapor concentration can be estimated from the pressure difference at the inlet and outlet of the active purge pump.
- This pressure difference depends on the speed of rotation of the pump and the density of the gases circulating in the pump.
- the speed of rotation of the pump being fixed by the need for a purge flow that can be absorbed by the motor, it can therefore vary very quickly, for example from 10,000 to 60,000 revolutions per minute in 1 second and from 60,000 to 10,000 rpm in 2 seconds.
- This change in speed implies a change in the operating point, modifying both the pressure and the temperature and therefore the density of the gases due to the adiabatic compression of the radial pump.
- this density is also a function of the ambient pressure (i.e.
- the ambient pressure is measured using a pressure sensor mounted on the purge circuit or provided by another sensor connected to the engine control, for example near the active purge pump.
- the temperature is measured using a sensor placed before or after the active purge pump and using a passive temperature sensor of the CTN type for "Negative Temperature Coefficient".
- the response time of the temperature measurement depends on the speed of the gas flow, which varies for example between 0 and 80 l/min, and can therefore prove to be particularly long.
- the response time can be of the order of 25 seconds when the speed of the flow is zero and of the order of 5 seconds when the speed of the flow is 80 l/min.
- Other temperature sensors, of the thermocouple type can be used.
- the response time of these sensors depends on their intrinsic technology, the cost of which increases inversely proportional to their response time.
- fast-response thermocouple sensors are used in laboratories and are too expensive to be used in mass-produced automotive vehicles.
- the response times of the low-cost temperature sensors used in the automotive industry prove to be too long to allow an accurate estimation of the concentration of hydrocarbon vapors in real time and to allow precise and rapid control. of the flow of gas entering the cylinders of the engine at the same instant. It therefore proves advantageous to propose a solution making it possible to at least partially remedy these drawbacks.
- One of the aims of the invention is to estimate the temperature of the gas flow circulating in the purge circuit precisely and quickly. Another object of the invention is to accurately measure the fuel vapor concentration of the gas flow circulating in the purge circuit. Another object of the invention is to precisely control the flow rate of the purged gas flow entering the cylinders of the engine.
- the invention firstly relates to a device for venting the vapors of a fuel stored in a tank of a hybrid or internal combustion motor vehicle, said vehicle comprising an internal combustion engine and a fuel tank. storing a fuel intended to be burned in said engine, said device comprising:
- an absorbent filter capable of filtering the vapors generated by the fuel stored in the said tank in the form of hydrocarbons
- a so-called "purge" circuit connected to the absorbent filter and intended to be connected to the engine and comprising: o a pump, preferably radial (or centrifugal), capable of allowing the circulation of a flow of gas containing vapors of hydrocarbons from the absorbent filter to the engine, o an “upstream” pressure sensor placed upstream of the pump, o a “downstream” pressure sensor placed downstream of the pump, o at least one temperature sensor configured to measure the temperature of the gas flow, preferably placed at least upstream of the pump, o a purge valve configured to switch between an open position, in which said purge valve allows circulation the flow of gas from the absorbent filter to the engine and a closed position in which the absorbent filter is isolated from the engine,
- control module configured to, in a purge mode: o receive the measurements from the upstream pressure sensor and the downstream pressure sensor, o calculate the pressure difference of the gas flow between the inlet and the outlet of the pump from the upstream and downstream pressure measurements received, o receive the temperature measurements from the temperature sensor, the rotational speed of the pump and the internal temperature of the pump, o determine the mass flow rate of the gas flow from the speed of rotation of the pump received, o determining the contribution of the adiabatic compression of the gas flow to the temperature of said gas flow from the calculated pressure difference and the temperature measurement of the gas flow received, o determining the contribution of the convection of the gas flow to the temperature of said gas flow from the measurement of the temperature of the gas flow received and the measurement of the internal temperature of the pump received, o determining the contribution of the conductio n of the flow at the temperature of the gas flow from the mass flow rate of the determined gas flow, the temperature of the gas flow received and the internal temperature measurement of the pump received, o estimate the temperature of the circulating gas
- the contribution of the adiabatic compression of the gas flow to the temperature of said gas flow TFiow_Adb is determined according to the following equation: where Tmiet is the temperature of the gas flow received from the flow temperature sensor upstream of the pump, PFIOW is the pressure of the gas flow received from the pressure sensor downstream, Pmiet is the pressure of the gas flow measured by the sensor of upstream pressure, and y is the ideal gas constant, considering y constant over the range of temperature and pressure considered, the contribution of the convection of the gas flow to the temperature of said gas flow from the temperature measurement of the gas flow received and the internal temperature measurement of the pump received is determined according to the following equation: where HeatFacconv represents the heat exchange by convection and radiation between the pump material and the gas flow, Tsody is the temperature of the pump body which corresponds to the internal temperature of the pump and Tmiet is the temperature of the flow of measured by the flow temperature sensor, and the contribution of flow conduction (or absorption) to the gas flow temperature from the determined gas flow mass flow rate, the
- control module is configured to calculate the concentration of fuel vapors in the stream from the temperature estimated according to the following equation: where p gas is the density of the gas in the pump, p ajr is the density of air at the pressure and temperature in the pump and pbut is the density of butane at the pressure and temperature in the pump.
- the radial pump is an electric pump.
- the temperature sensor is placed at the inlet and/or at the outlet of the pump.
- control module is configured to determine an end time for the hydrocarbon vapor purge, to close the purge valve and to control the pump so that said pump operates, in a so-called “off-mode” mode.
- purge at a predetermined minimum speed. Indeed, in the absence of a purge phase (i.e. no flow), if the turbine continues to rotate at very high speed, for example 60,000 rpm, the air flow on the blades of the pump becomes unstable, generating significant forces on the axis of rotation and on the turbine. If this mode of operation is prolonged, it leads to premature aging of the pump. It is therefore necessary to reduce the speed of rotation of the pump so that the instabilities disappear.
- the temperature in the pump cannot therefore be calculated from the temperature information provided by the sensor placed downstream of the pump.
- a model should be used instead of the sensor value.
- the temperature at the pump outlet will be equivalent to the temperature due to the adiabatic compression.
- the temperature sensor is placed close to the outlet of the pump, for example at a distance of less than 10 cm, the heat generated by the pump will spread to the sensor and the temperature value of the sensor can be used instead the value of the model. Also, since there is no flow, the heat generated by the pump is forced back to the pump inlet. Therefore, the temperature across the pump is almost homogeneous and the inlet temperature is then equal to the temperature of the adiabatic contribution.
- the invention also relates to a motor vehicle comprising a device as presented above, a heat engine comprising at least one cylinder and a storage tank for a fuel intended to be burned in said at least one cylinder of the engine.
- the invention also relates to a method for controlling the flow rate of a flow of gas circulating in a purge device as presented above, said method, implemented by the control module of said purge device, comprising the steps of :
- the contribution of the adiabatic compression of the gas flow to the temperature of said gas flow TFiow_Adb is determined according to the following equation: where Tmiet is the gas stream temperature received from the stream temperature sensor, PFIOW is the pressure of the gas flow received from the downstream pressure sensor, P iet is the pressure of the gas flow measured by the upstream pressure sensor, and y is the ideal gas constant, considering y constant over the range of temperature and pressure considered, the contribution of the convection of the gas flow to the temperature of said gas flow from the measurement of the temperature of the gas flow received and the measurement of the internal temperature of the pump received is determined according to the following equation: where HeatFacconv represents the heat exchange by convection and radiation between the material of the pump and the gas flow, Tsody is the internal temperature of the pump and Tmiet is the temperature of the gas flow measured by the flow temperature sensor and the contribution of flow conduction to the gas flow temperature from the determined gas flow mass flow rate, the received gas flow temperature and the received pump internal temperature measurement is determined according to the
- the calculation of the fuel vapor concentration of the flow from the estimated temperature is carried out according to the following equation: where p gas is the density of the gas in the pump, p ajr is the density of air at the pressure and temperature in the pump and pbut is the density of butane at the pressure and temperature in the pump.
- the method further comprises the steps, implemented by the control module, of determining a vapor purge end time of hydrocarbons, closing the purge valve and controlling the pump so that said pump operates, in a so-called “off-purge” mode, at a predetermined minimum speed.
- the invention also relates to a computer program product characterized in that it comprises a set of program code instructions which, when executed by one or more processors, configure the processor or processors to put implement a method as presented previously.
- Figure 1 schematically illustrates an embodiment of the vehicle according to the invention.
- FIG. 2 Figure 2 schematically illustrates an embodiment of the method according to the invention.
- the device according to the invention is intended to be mounted in a vehicle and allows both the evaporation of the vapors of the fuel stored in the tank of a hybrid or thermal motor vehicle and the purging of the hydrocarbon vapors generated by said fuel by combustion in the engine.
- the vehicle 1 comprises a device 10 according to the invention, a heat engine 20 and a tank 30 for storing a fuel intended to be burned in said engine 20.
- the engine comprises, in known manner, cylinders (not shown) making it possible to mix fuel and air in order to allow combustion thereof.
- the device 10 comprises an absorbent filter 110, a so-called “purge” circuit 120 and a control module 130.
- the absorbent filter 110 filters the vapors generated by the fuel stored in said tank 20 in the form of hydrocarbons. To this end, the absorbent filter 110 is connected to the tank 30 via a conduit 31.
- the absorbent filter 110 is connected to the outside of the vehicle (atmospheric air) by a conduit 111 in which is mounted an air valve 112.
- the air valve 112 is configured to switch between an open position, in which the air valve 112 allows the exhaust of the gases filtered by the absorbent filter 110 to the exterior, and a closed position in which the device 10 is isolated from the exterior of the vehicle 1.
- Air valve 112 is optional and can be used for leak detection.
- the absorbent filter 110 is also connected to the engine cylinders 20 via the purge circuit 120.
- the purge circuit 120 connects the absorbent filter 110 to the cylinders of the engine 20 of the vehicle 1 and comprises a radial (or centrifugal) pump 121, a so-called “upstream” pressure sensor 122, a so-called “downstream” pressure sensor 123, a flow temperature sensor 124 and a purge valve 125.
- the radial pump 121 which is preferably an electric pump, is able to allow the circulation of a flow of gas containing hydrocarbon vapors in the purge circuit 120, from the absorbent filter 110 to the motor 20
- the pump 121 is also able to measure its speed of rotation and its internal temperature, in particular to prevent overheating of its electric motor and its electronics, and to send these measurements to the control module.
- the upstream pressure sensor 122 is mounted upstream of the pump 121 and is able to measure the pressure of the gas flow circulating between the absorbent filter 110 and the pump 121.
- the downstream pressure sensor 123 is mounted downstream of the pump 121 and is able to measure the pressure of the gas flow circulating between the pump 121 and the purge valve 125.
- the downstream pressure sensor 123 uses a pressure model based on the air intake into the engine after the air filter to determine and provide the temperature of the gas flow at said downstream pressure sensor 123.
- the flow temperature sensor 124 is mounted in this example upstream of the pump 121 and is configured to measure the temperature of the gas flow circulating between the absorbent filter 110 and the pump 121.
- the flow temperature sensor 124 could be mounted downstream of the pump 121.
- the device 10 could include two temperature sensors: one downstream and one upstream of the pump 121 to improve the accuracy of the temperature model.
- the purge valve 125 is configured to switch between an open position, in which said purge valve 125 allows the flow of gas from the absorbent filter 110 to the motor 20 and a closed position in which the absorbent filter 110 is isolated from the motor 20.
- the purge valve 125 is able to be controlled by the control module 130 in opening or closing, in particular in several opening positions in order to allow the gas flow coming from the absorbent filter to be injected. 110 in the cylinders at different flow rates.
- the control module 130 is configured to control the pump 121, in particular the operating mode of said pump 121.
- the control module 130 is configured to receive the measurements from the upstream pressure sensor 122 and from the downstream pressure sensor 123.
- the control module 130 is configured to calculate the pressure difference of the gas flow between the inlet and the outlet of the pump 121 from the upstream and downstream pressure measurements received from the upstream pressure sensor 122 and from the sensor downstream pressure 123.
- the control module 130 is configured to receive the temperature measurements from the flow temperature sensor 124.
- the control module 130 is configured to determine periodically, preferably at a high frequency (ie continuously), the mass flow rate of the gas flow passing through the purge valve 125 and the pump 121.
- the gas flow passing through the pump 121 being the same as the gas flow passing through the purge valve 125, the mass flow rate of the gas flow can be determined from a predefined model using as inputs the pressure of the gas flow measured by the downstream pressure sensor 123, the temperature of the gas stream at the inlet of the purge valve 125, the temperature of the gas stream at the outlet of the purge valve 125 and the open position of the purge valve 125.
- temperature sensors can be arranged on either side of the purge valve 125 or by an independent model based on the electrical characteristics of the purge valve 125 or by the temperature information which can also be provided by the sensor d e pressure 123 or by a model using the model of the downstream temperature of the pump 121 in a manner known per se. Preferably, these last three pieces of information are combined to improve the precision according to the modes of use.
- the information on the opening position of the purge valve 125 can be received from the purge valve 125 or else determined by the control module 130, for example by using a model based on the command to open the purge valve. purge 125 taking into account the opening and closing time of the purge valve 125, such a model being known per se.
- the control module 130 is configured to receive measurements of the internal temperature of the pump 121 of the vehicle 1, for example via a CAN type data communication bus.
- the control module 130 is configured to determine the contribution of the adiabatic compression of the gas flow to the temperature of said gas flow from the calculated pressure difference and the gas flow temperature measurement received.
- the control module 130 is configured to determine the contribution of the convection of the gas flow to the temperature of said gas flow from the temperature measurement of the gas flow received and the internal temperature measurement of the pump 121.
- the control module 130 is configured to determine the contribution of the conduction of the flow to the temperature of the gas flow from the mass flow rate of the determined gas flow, the temperature of the gas flow received and the measurement of internal temperature of the pump 121.
- the control module 130 is configured to estimate the temperature of the gas flow circulating in the purge circuit 120 from the determined adiabatic compression, convection and conduction contributions.
- the control module 130 is configured to calculate the fuel vapor concentration of the flow from the estimated temperature.
- the control module 130 is configured to, in a so-called "purge” mode, control the purge valve 125 for controlling the flow rate of the flow entering the cylinders of the engine 20 according to the concentration calculated respecting the stoichiometric ratio of the combustion of the air-fuel mixture relating to said cylinders.
- the control module 130 includes a processor capable of implementing a set of instructions enabling these functions to be performed.
- control module 130 controls the pump 121 so that the pump 121 operates at a predetermined speed, for example minimum, and opens the purge valve 125.
- the sensor of upstream pressure 122 and the downstream pressure sensor 123 periodically measure the pressure of the gas flow and send their measurements to the control module 130 (respectively steps E1 and E2).
- the control module 130 calculates the pressure difference of the flow between the inlet and the outlet of the pump 121 from the current pressure values received from the upstream pressure sensor 122 and from the downstream pressure sensor 123 (step E3).
- the flow temperature sensor 124 also periodically measures the temperature of the gas flow and sends its measurements to the control module 130 (step E4).
- control module 130 also receives in a step E5 the rotational speed of the pump 121 and the internal temperature of the pump 121, sent directly by the pump 121, for example via a data communication bus from the vehicle 1.
- the control module 130 determines the mass flow rate of the gas flow from the rotational speed of the pump 121 and the pressure and temperature values on either side of the purge valve 125 (step E6 ).
- the speed of rotation of the pump makes it possible to characterize the section of passage of the air in the purge valve 125, this section being used to calculate the mass flow rate in a manner known per se.
- the pressure and temperature values on either side of the purge valve 125 can be established from a predefined model stored in a memory zone of the control module 130 can be used, this model being in the form a table having as inputs the ambient atmospheric pressure and the air flow entering the engine.
- the control module 130 determines:
- step E8 the contribution of the convection of the gas flow to the temperature of said gas flow from the measurement of the temperature of the gas flow received and the measurement of the internal temperature of the pump 121 received
- the contribution of the flow conduction to the temperature of the gas flow from the mass flow rate of the gas flow, the temperature of the gas flow received and the internal temperature measurement of the pump received (step E9) .
- the calculations require the temperature value of the body of the pump 121 rather than the internal temperature of the pump 121.
- the pump 121 comprises an internal sensor making it possible to measure the internal temperature but not the temperature of the pump body. 121.
- the internal temperature of the pump 121 and the temperature of the body of the pump 121 are not strictly identical, but their dynamics are similar.
- the internal temperature of pump 121 is therefore a good image of the temperature of the body of pump 121.
- TFIow_Adb The contribution of the adiabatic compression of the gas flow to the temperature of said gas flow TFIow_Adb is determined according to the following equation: where Tlnlet is the temperature of the gas flow received from the flow temperature sensor, PFlow is the pressure of the gas flow received from the downstream pressure sensor 123 and Plnlet is the pressure of the gas flow measured by the upstream pressure sensor 122 and gamma y is the ideal gas constant which is between 1.2 and 1.4 depending on the gases considered.
- the contribution of the gas flow convection to the temperature of said gas flow from the gas flow temperature measurement received and from the internal temperature measurement of the pump 121 received is determined according to the following equation : where HeatFacConv represents the heat exchange by convection and radiation between the pump material and the gas flow, TBody is the internal temperature of the pump 121 and Tlnlet is the temperature of the gas flow measured by the flow temperature sensor 124.
- the contribution of flow conduction to the temperature of the gas flow from the mass flow rate of the gas flow, the temperature of the gas flow received and the internal temperature measurement of the pump 121 received is determined according to the following equation: where is the mass flow rate of the gas stream passing through the pump, HeatFacCond represents the heat exchange by conduction between the material of the pump 121 and the gas stream, TBody is the internal temperature of the pump 121 and Tlnlet is the temperature of the gas flow measured by flow temperature sensor 124.
- the control module 130 calculates in a step E10 an estimate of the temperature of the gas flow circulating in the purge circuit 120 from the contributions of adiabatic compression, convection and conduction determined according to the following equation:
- control module 130 calculates in a step E11 the fuel vapor concentration of the gas flow from the estimated temperature according to the following formula:
- pgas is the density of the gas in pump 121
- par is the density of air at the pressure and temperature in pump 121
- pbut is the density of butane at the pressure and temperature in pump 121.
- control module 130 controls the purge valve 125 in a step E12 in order to control the flow rate of the flow entering the cylinders of the engine 20 according to the concentration calculated by respecting the stoichiometric ratio of the combustion of the mixture. air-fuel relating to said cylinders.
- This control can be carried out for example from a table stored in a memory zone accessible to the control module 130 and in which are stored correspondences between the hydrocarbon vapor concentration of the gas flow and the opening of the purge valve 125, these correspondences making it possible to respect the stoichiometric ratio of the engine 20.
- control module 130 determines that the purge mode is over (step E13), it closes the purge valve 125 (step E14) and controls the pump 121 (step E15) to prevent premature aging of the materials constituting the pump 121, for example by controlling the pump 121 to its minimum speed.
- the invention therefore advantageously makes it possible to control in a simple, reliable and precise manner the flow rate of the gas flow in the cylinders of the engine 20 in order to respect the stoichiometric ratio of the engine 20.
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Abstract
Dispositif (10) de purge des vapeurs d'un carburant stocké dans un réservoir (30) d'un véhicule (1) automobile thermique, comprenant un module de contrôle (130) configuré notamment pour déterminer la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir d'une mesure de température du flux de gaz reçue et d'une mesure de température interne de la pompe reçue, pour déterminer la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux, d'une température du flux de gaz reçue et d'une mesure de température interne de la pompe reçue, pour estimer la température du flux de gaz circulant dans un circuit de purge (120) à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées, pour calculer la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée.
Description
DESCRIPTION
DISPOSITIF ET PROCEDE DE PURGE D’UN FLUX DE GAZ CHARGE EN VAPEURS D’HYDROCARBURES
[Domaine technique]
[0001] L’invention concerne le traitement des vapeurs d’hydrocarbures dans un véhicule automobile et plus particulièrement un dispositif de purge des vapeurs d’hydrocarbures dans un moteur thermique de véhicule automobile. L’invention trouve notamment son application dans les véhicules hybrides et dans les véhicules à moteur thermique pur. Dans tout le texte, le terme « carburant » se rapporte avantageusement à au moins un hydrocarbure.
[Etat de la technique antérieure]
[0002] Dans un véhicule automobile à moteur thermique, le carburant stocké dans le réservoir nécessite une mise à l’air libre permettant à la fois d’évacuer les vapeurs émises par le carburant et de faire entrer l’air dans le réservoir lorsque le niveau du carburant diminue. Il s’avère ainsi nécessaire de réguler la pression des gaz contenus dans le réservoir afin d’éviter les fortes variations de pression qui pourraient provoquer des dommages aussi bien matériels que corporels. Pour ce faire, une solution connue consiste à former un orifice d’échappement dans le bouchon de fermeture du réservoir afin d’évacuer ces vapeurs d’hydrocarbures directement à l’extérieur du véhicule tout en laissant pénétrer l’air dans le réservoir pour égaliser la pression. Un tel rejet de ces vapeurs d’hydrocarbures dans l’atmosphère présente l’inconvénient majeur de polluer l’environnement de manière importante. Or, de tels rejets deviennent de moins en moins souhaitables et possibles aujourd’hui au regard des différentes législations qui deviennent de plus en plus restrictives en la matière et dont certaines imposent de limiter drastiquement les émissions de vapeurs d’hydrocarbures dans l’atmosphère.
[0003] Aussi, afin de limiter la pollution, il est de nos jours connu d’installer un dispositif filtrant dans le système d’admission de carburant du véhicule. Un tel dispositif est relié, d’une part, au réservoir et, d’autre part, à l’extérieur du véhicule. Dans une solution connue, ce dispositif comprend un filtre de dégazage à charbon dénommé ci-après « filtre absorbant » (communément désigné sous l’anglicisme de « canister » par l’homme du métier) qui permet d’absorber les vapeurs d’hydrocarbures issues du réservoir de sorte que les émanations de carburant évacués dans l’atmosphère par le dispositif d’évacuation le soient sous forme d’un gaz significativement purifié des composants polluants contenus dans les vapeurs d’hydrocarbures.
[0004] Cependant, un tel filtre absorbant présente une capacité d’absorption limitée, appelée charge maximale du filtre. On dit alors que le filtre absorbant est « plein » ou « rempli » ou bien qu’il est saturé. Dans ce cas, le filtre ne peut plus retenir les vapeurs d’hydrocarbures qui s’échappent alors dans l’atmosphère. Plus généralement, que le filtre absorbant soit saturé ou non, il est caractérisé à un instant donné par sa charge qui correspond au pourcentage de masse de carburant stocké dans ledit filtre par rapport à sa valeur de saturation, c’est-à-dire par rapport à sa charge maximale.
[0005] Afin de limiter les dégagements nocifs de carburant dans l’atmosphère à saturation du filtre, il est nécessaire de le purger régulièrement, de préférence avant qu’il ne soit saturé en vapeurs d’hydrocarbures. Pour cela, le dispositif est relié au moteur thermique du véhicule de manière à permettre l’injection des vapeurs d’hydrocarbures absorbées par le filtre directement dans les chambres de combustion des cylindres du moteur en fonctionnement afin de les brûler. Autrement dit, le filtre absorbant est régulièrement chargé par les vapeurs d’hydrocarbures provenant du réservoir puis le calculateur de contrôle moteur le décharge épisodiquement dans les chambres de combustion des cylindres du moteur thermique lorsque ledit moteur est en fonctionnement.
[0006] L’acheminement des vapeurs d’hydrocarbures du filtre vers le moteur thermique est réalisé dans un circuit de purge via une vanne de purge qui permet de mettre sous vide ledit circuit de purge. Cependant, avec l’avènement des technologies de véhicules hybrides, il s’avère de plus en plus difficile de purger les vapeurs d’hydrocarbures du filtre car la mise sous vide du circuit de purge s’avère plus difficile dans un véhicule hybride. En effet, dans un véhicule hybride, le moteur thermique est utilisé préférentiellement dans les hauts régimes requis. Or, à haut régime, le papillon d’admission d’air est ouvert, ce qui diminue la dépression dans le circuit de purge. En outre, du fait de ce mode de fonctionnement, il y a de moins en moins de moments disponibles pendant lesquels le moteur thermique fonctionne pour réaliser la purge, ce qui peut entrainer des rejets de vapeurs d’hydrocarbures dans l’atmosphère, le filtre étant plus souvent saturé sans possibilité de purge.
[0007] Une solution connue pour résoudre ce problème consiste à utiliser une pompe radiale, appelée pompe de purge active, entre le filtre et le moteur afin de faire circuler les vapeurs d’hydrocarbures dans le circuit de purge jusqu’au moteur. Ce faisant, il est nécessaire de compenser la quantité de vapeurs d’hydrocarbures introduite dans les cylindres du moteur avec un volume d’air correspondant afin de respecter le rapport stoechiométrique air-carburant nécessaire à la bonne combustion du mélange dans le moteur thermique.
[0008] Dans une solution existante, il est connu d’estimer la concentration en vapeur d’hydrocarbures du flux de gaz circulant entre le filtre et le moteur et de contrôler l’introduction dudit flux dans les cylindres du moteur dans la proportion correspondant au rapport stoechiométrique en fonction de ladite concentration.
[0009] Bien évidemment, toute erreur de contrôle du flux implique une déviation relativement au rapport stoechiométrique qui entraine une variation de la concentration en vapeur d’hydrocarbures du filtre absorbant impactant l’estimation de ladite concentration en vapeur d’hydrocarbures en temps réel. Ainsi, la concentration estimée en vapeur d’hydrocarbures peut varier entre 0 et 200 % alors qu’en pratique, la concentration réelle en vapeur d’hydrocarbures ne peut pas dépasser 80 %. Il en résulte que le contrôle du flux est erroné et dévie dès lors que toute erreur de contrôle se produit. Le système demeure toutefois relativement stable car le contrôle est réalisé en boucle fermée par l’intermédiaire d’une sonde à oxygène (appelée sonde lambda) placée dans le circuit des gaz d’échappement du moteur. Cependant, un tel contrôle s’avère lent en regard de la fréquence rapide des injections. Il est donc important de pouvoir estimer précisément la concentration en vapeurs d’hydrocarbures.
[0010] La concentration en vapeur d’hydrocarbures peut être estimée à partir de la différence de pression en entrée et en sortie de la pompe de purge active. Cette différence de pression dépend de la vitesse de rotation de la pompe et de la densité des gaz circulant dans la pompe. La vitesse de rotation de la pompe étant fixée par le besoin de débit de purge pouvant être absorbé par le moteur, celle-ci peut donc varier très rapidement, par exemple de 10 000 à 60 000 tours par minute en 1 seconde et de 60 000 à 10 000 tours par minute en 2 secondes. Ce changement de vitesse implique un changement du point de fonctionnement, modifiant à la fois la pression et la température et donc la densité des gaz due à la compression adiabatique de la pompe radiale. Or, cette densité est aussi fonction de la pression ambiante (i.e. la pression de l’air atmosphérique entrant dans le filtre absorbant), de la température du flux de gaz et de la concentration en vapeurs d’hydrocarbures. Ainsi, il est nécessaire de connaître précisément les valeurs de la pression ambiante et de la température du flux de gaz afin de déterminer, à partir de la différence de pression et donc de la densité, la concentration en vapeurs d’hydrocarbures en vue de corriger les paramètres d’injection le plus rapidement et précisément possible, un telle correction d’injection étant par exemple appliquée toutes les 20 ms.
[0011] La pression ambiante est mesurée à l’aide d’un capteur de pression monté sur le circuit de purge ou fournie par un autre capteur connecté au contrôle moteur, par exemple près de la pompe de purge active. Dans les solutions existantes, la température est
mesurée à l’aide d’un capteur placé avant ou après la pompe de purge active et utilisant un capteur de température passif de type CTN pour « Coefficient de Température Négatif ». Or, avec cette technologie, le temps de réponse de la mesure de température dépend de la vitesse du flux de gaz, qui varie par exemple entre 0 et 80 l/min, et peut donc s’avérer particulièrement long. Par exemple, le temps de réponse peut être de l’ordre de 25 secondes lorsque la vitesse du flux est nulle et de l’ordre de 5 secondes lorsque la vitesse du flux est de 80 l/min. D’autres capteurs de température, de type thermocouple, peuvent être utilisés. Toutefois, le temps de réponse de ces capteurs dépend de leur technologie intrinsèque dont le coût augmente de manière inversement proportionnelle à leur temps de réponse. Aussi, les capteurs thermocouples à réponse rapide sont utilisés dans les laboratoires et sont trop onéreux pour être utilisés dans des véhicules automobiles produits en grande série. Dans tous les cas, les temps de réponse des capteurs de température à bas coût utilisés dans l’industrie automobile s’avèrent trop importants pour permettre une estimation précise de la concentration en vapeurs d’hydrocarbures en temps réel et permettre un contrôle précis et rapide du flux de gaz entrant dans les cylindres du moteur au même instant. Il s’avère donc avantageux de proposer une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients.
[Exposé de l’invention]
[0012] L’un des buts de l’invention est d’estimer la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge de manière précise et rapide. Un autre but de l’invention est de mesurer de manière précise la concentration en vapeurs de carburant du flux de gaz circulant dans le circuit de purge. Un autre but de l’invention est de contrôler de manière précise le débit du flux de gaz purgé entrant dans les cylindres du moteur.
[0013] A cette fin, l’invention a tout d’abord pour objet un dispositif de purge des vapeurs d’un carburant stocké dans un réservoir d’un véhicule automobile hybride ou thermique, ledit véhicule comprenant un moteur thermique et un réservoir de stockage d’un carburant destiné à être brûlé dans ledit moteur, ledit dispositif comprenant :
- un filtre absorbant apte à filtrer les vapeurs générées par le carburant stocké dans ledit réservoir sous forme d’hydrocarbures,
- un circuit dit « de purge » relié au filtre absorbant et destiné à être relié au moteur et comprenant : o une pompe, de préférence radiale (ou centrifuge), apte à permettre la circulation d’un flux de gaz contenant des vapeurs d’hydrocarbures du filtre absorbant vers le moteur, o un capteur de pression dit « amont » placé en amont de la pompe, o un capteur de pression dit « aval » placé en aval de la pompe,
o au moins un capteur de température configuré pour mesurer la température du flux de gaz, de préférence placé au moins en amont de la pompe, o une vanne de purge configurée pour basculer entre une position ouverte, dans laquelle ladite vanne de purge permet la circulation du flux de gaz du filtre absorbant vers le moteur et une position fermée dans laquelle le filtre absorbant est isolé du moteur,
- un module de contrôle configuré pour, dans un mode de purge : o recevoir les mesures du capteur de pression amont et du capteur de pression aval, o calculer la différence de pression du flux de gaz entre l’entrée et la sortie de la pompe à partir des mesures de pression amont et avals reçues, o recevoir les mesures de température du capteur de température, la vitesse de rotation de la pompe et la température interne de la pompe, o déterminer le débit massique du flux de gaz à partir de la vitesse de rotation de la pompe reçue, o déterminer la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue, o déterminer la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue, o déterminer la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue, o estimer la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées, o calculer la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée, aux mesures de pression reçues et à la vitesse de rotation de la pompe reçue, o commander la vanne de purge afin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stoechiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres.
[0014] L’utilisation des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction permet avantageusement de contrôler de manière fiable, rapide et précise le débit du flux de gaz dans les cylindres du moteur afin de respecter le rapport stoechiométrique du moteur, sans dépendre de la latence des capteurs.
[0015] Selon l’invention, la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz TFiow_Adb est déterminée selon l’équation suivante :
où Tmiet est la température du flux de gaz reçue du capteur de température de flux en amont de la pompe, PFIOW est la pression du flux de gaz reçue du capteur de pression aval, Pmiet est la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression amont, et y est la constante des gaz parfaits, en considérant y constant sur la plage de température et de pression considéré, la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue est déterminée selon l’équation suivante :
où HeatFacconv représente l’échange de chaleur par convection et radiation entre le matériau de la pompe et le flux de gaz, Tsody est la température du corps de la pompe qui correspond à la température interne de la pompe et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux, et la contribution de la conduction (ou absorption) du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue est déterminée selon l’équation suivante :
ou est le debit massique du flux de gaz traversant la pompe (en kg/h), HeatFaccond l’échange de chaleur par conduction entre le matériau de la pompe et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux, et dans lequel le module de contrôle calcule alors une estimation de la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées selon l’équation suivante :
Selon un aspect de l’invention, le module de contrôle est configuré pour calculer la
concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée selon l’équation suivante :
où pgas est la densité du gaz dans la pompe, pajr est la densité de l’air a la pression et température dans la pompe et pbut est la densité du butane à la pression et température dans la pompe.
[0016] Avantageusement, la pompe radiale est une pompe électrique.
[0017] Avantageusement encore, le capteur de température est placé en entrée et / ou en sortie de la pompe.
[0018] De préférence, le module de contrôle est configuré pour déterminer un instant de fin de purge des vapeurs d’hydrocarbures, pour fermer la vanne de purge et pour commander la pompe afin que ladite pompe fonctionne, dans un mode dit « hors-purge », à un régime minimum prédéterminé. En effet, en absence de phase de purge (i.e. pas de débit), si la turbine continue à tourner à très haute vitesse, par exemple 60 000 tr/min, le flux d’air sur les pales de la pompe devient instable, générant des efforts important sur l’axe de rotation et sur la turbine. Si ce mode de fonctionnement se prolonge, il entraine un vieillissement précoce de la pompe. Il faut donc réduire la vitesse de rotation de la pompe pour que les instabilités disparaissent. Si le capteur de température est placé loin de la sortie de la pompe, par exemple à une distance supérieure à 10 cm, la chaleur ne se propage pas ou très difficilement vers le capteur car il n'y a pas de débit entrainant le temps de réaction du capteur est trop long, par exemple supérieur à 30 secondes. Dans ce cas, la température dans la pompe ne peut donc pas être calculée à partir de l’information de température fournie par le capteur placé en aval de la pompe. Un modèle doit être utilisé à la place de la valeur du capteur. Dans ce cas, la température en sortie de pompe sera équivalente à la température due à la compression adiabatique. Si le capteur de température est placé proche à la sortie de la pompe, par exemple à une distance inférieure à 10 cm, la chaleur générée par la pompe se propage jusqu’au capteur et la valeur de température du capteur peut être utilisée à la place de la valeur du modèle. De plus, comme il n'y a pas de débit, la chaleur générée par la pompe est refoulée à l'entrée de la pompe. Par conséquent, la température à travers la pompe est presque homogène et la température d’entrée est alors égale à la température de la contribution adiabatique.
[0019] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un dispositif tel que présenté précédemment, un moteur thermique comprenant au moins un cylindre et
un réservoir de stockage d’un carburant destiné à être brûlé dans ledit au moins un cylindre du moteur.
[0020] L’invention concerne également un procédé de contrôle du débit d’un flux de gaz circulant dans un dispositif de purge tel que présenté précédemment, ledit procédé, mis en œuvre par le module de contrôle dudit dispositif de purge, comprenant les étapes de :
- réception d’au moins une mesure de la pression du flux en amont de la pompe,
- réception d’au moins une mesure de la pression du flux en aval de la pompe,
- calcul de la différence de pression du flux entre l’entrée et la sortie de la pompe,
- réception d’au moins une mesure de température du capteur de température de flux,
- réception d’au moins une mesure de la vitesse de rotation de la pompe et de la température interne de la pompe,
- détermination du débit massique du flux de gaz à partir de la vitesse de rotation de la pompe reçue,
- détermination de la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue,
- détermination de la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue,
- détermination de la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue,
- estimation de la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées,
- calcul de la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée,
- commande de la vanne de purge afin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stœchiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres.
[0021] Selon l’invention, la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz TFiow_Adb est déterminée selon l’équation suivante :
où Tmiet est la température du flux de gaz reçue du capteur de température de flux, PFIOW est
la pression du flux de gaz reçue du capteur de pression aval, P iet est la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression amont, et y est la constante des gaz parfaits, en considérant y constant sur la plage de température et de pression considéré, la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue est déterminée selon l’équation suivante :
où HeatFacconv représente l’échange de chaleur par convection et radiation entre le matériau de la pompe et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux et la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue est déterminée selon l’équation suivante :
flQU ou J est le debit massique du flux de gaz traversant la pompe, HeatFaccond rechange de chaleur par conduction entre le matériau de la pompe et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux, et dans lequel le module de contrôle calcule alors une estimation de la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées selon l’équation suivante :
De manière avantageuse, le calcul de la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée est réalisé selon l’équation suivante :
où pgas est la densité du gaz dans la pompe, pajr est la densité de l’air a la pression et température dans la pompe et pbut est la densité du butane à la pression et température dans la pompe.
[0022] Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend en outre les étapes, mise en œuvre par le module de contrôle, de détermination d’un instant de fin de purge des vapeurs
d’hydrocarbures, de fermeture de la vanne de purge et de commande de la pompe afin que ladite pompe fonctionne, dans un mode dit « hors-purge », à un régime minimum prédéterminé.
[0023] L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté précédemment.
[Description des dessins]
[0024] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1] La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du véhicule selon l’invention.
[Fig. 2] La figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
[Description des modes de réalisation]
[0025] Le dispositif selon l’invention est destiné à être monté dans un véhicule et permet à la fois l’évaporation des vapeurs du carburant stocké dans le réservoir d’un véhicule automobile hybride ou thermique et la purge des vapeurs d’hydrocarbures générées par ledit carburant par combustion dans le moteur.
[0026] On a représenté à la figure 1 un tel véhicule 1. Le véhicule 1 comprend un dispositif 10 selon l’invention, un moteur 20 thermique et un réservoir 30 de stockage d’un carburant destiné à être brûlé dans ledit moteur 20. Le moteur comprend de manière connue des cylindres (non représentés) permettant de mélanger le carburant et de l’air afin d’en permettre la combustion.
[0027] Le dispositif 10 comprend un filtre absorbant 110, un circuit dit « de purge » 120 et un module de contrôle 130.
[0028] Le filtre absorbant 110 permet de filtrer les vapeurs générées par le carburant stocké dans ledit réservoir 20 sous forme d’hydrocarbures. A cette fin, le filtre absorbant 110 est relié au réservoir 30 via un conduit 31.
[0029] Le filtre absorbant 110 est relié à l’extérieur du véhicule (l’air atmosphérique) par un conduit 111 dans lequel est montée une vanne d’air 112. La vanne d’air 112 est
configurée pour basculer entre une position ouverte, dans laquelle la vanne d’air 112 permet l’échappement des gaz filtrés par le filtre absorbant 110 vers l’extérieur, et une position fermée dans laquelle le dispositif 10 est isolé de l’extérieur du véhicule 1. La vanne d’air 112 est optionnelle et peut être utilisé pour faire de la détection de fuite.
[0030] Le filtre absorbant 110 est également relié aux cylindres du moteur 20 via le circuit de purge 120.
[0031] Le circuit de purge 120 relie le filtre absorbant 110 aux cylindres du moteur 20 du véhicule 1 et comprend une pompe 121 radiale (ou centrifuge), un capteur de pression dit « amont » 122, un capteur de pression dit « aval » 123, un capteur de température de flux 124 et une vanne de purge 125.
[0032] La pompe 121 radiale, qui est de préférence une pompe électrique, est apte à permettre la circulation d’un flux de gaz contenant des vapeurs d’hydrocarbures dans le circuit de purge 120, du filtre absorbant 110 jusqu’au moteur 20. La pompe 121 est également apte à mesurer sa vitesse de rotation et sa température interne, notamment pour éviter les surchauffes de son moteur électrique et de son électronique, et à envoyer ces mesures au module de contrôle.
[0033] Le capteur de pression amont 122 est monté en amont de la pompe 121 et est apte à mesurer la pression du flux de gaz circulant entre le filtre absorbant 110 et la pompe 121.
[0034] Le capteur de pression aval 123 est monté en aval de la pompe 121 et est apte à mesurer la pression du flux de gaz circulant entre la pompe 121 et la vanne de purge 125. De préférence, le capteur de pression aval 123 utilise un modèle de pression basé sur l’admission d’air dans le moteur après le filtre à air pour déterminer et fournir la température du flux de gaz au niveau dudit capteur de pression aval 123.
[0035] Le capteur de température de flux 124 est monté dans cet exemple en amont de la pompe 121 et est configuré pour mesurer la température du flux de gaz circulant entre le filtre absorbant 110 et la pompe 121. Dans une autre forme de réalisation, le capteur de température de flux 124 pourrait être monté en aval de la pompe 121. Dans une autre forme de réalisation, le dispositif 10 pourrait comprendre deux capteurs de température : un en aval et un en amont de la pompe 121 pour améliorer la précision du modèle de température.
[0036] La vanne de purge 125 est configurée pour basculer entre une position ouverte, dans laquelle ladite vanne de purge 125 permet la circulation du flux de gaz du filtre absorbant 110 vers le moteur 20 et une position fermée dans laquelle le filtre absorbant
110 est isolé du moteur 20. La vanne de purge 125 est apte à être contrôlée par le module de contrôle 130 en ouverture ou en fermeture, notamment dans plusieurs positions d’ouverture afin de permettre d’injecter le flux de gaz provenant du filtre absorbant 110 dans les cylindres à différents débits.
[0037] Le module de contrôle 130 est configuré pour contrôler la pompe 121, notamment le régime de fonctionnement de ladite pompe 121.
[0038] Le module de contrôle 130 est configuré pour recevoir les mesures du capteur de pression amont 122 et du capteur de pression aval 123.
[0039] Le module de contrôle 130 est configuré pour calculer la différence de pression du flux de gaz entre l’entrée et la sortie de la pompe 121 à partir des mesures de pression amont et avals reçues du capteur de pression amont 122 et du capteur de pression aval 123.
[0040] Le module de contrôle 130 est configuré pour recevoir les mesures de température du capteur de température de flux 124.
[0041] Le module de contrôle 130 est configuré pour déterminer périodiquement, de préférence à une fréquence élevée (i.e. en continu), le débit massique du flux de gaz traversant la vanne de purge 125 et la pompe 121. Le flux de gaz traversant la pompe 121 étant le même que le flux de gaz traversant la vanne de purge 125, le débit massique du flux de gaz peut être déterminé à partir d’un modèle prédéfini utilisant comme entrées la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression aval 123, la température du flux de gaz à l’entrée de la vanne de purge 125, la température du flux de gaz à la sortie de la vanne de purge 125 et la position d’ouverture de la vanne de purge 125. A cette fin, des capteurs de températures (non représentés) peuvent être disposés de part et d’autre de la vanne de purge 125 ou bien par un modèle indépendant basé sur les caractéristiques électrique de la vanne de purge 125 ou bien par l’information de température qui peut aussi être fournie par le capteur de pression 123 ou bien par un modèle utilisant le modèle de la température aval de la pompe 121 de manière connue en soi. De préférence, ces trois dernières informations sont combinées pour améliorer la précision en fonction des modes d’utilisation. L’information de position d’ouverture de la vanne de purge 125 peut être reçu de la vanne de purge 125 ou bien déterminée par le module de contrôle 130, par exemple en utilisant un modèle basé sur la commande d’ouverture de la vanne de purge 125 en prenant en compte le temps d’ouverture et de fermeture de la vanne de purge 125, un tel modèle étant connu en soi.
[0042] Le module de contrôle 130 est configuré pour recevoir des mesures de la température interne de la pompe 121 du véhicule 1, par exemple via un bus de communication de données de type CAN.
[0043] Le module de contrôle 130 est configuré pour déterminer la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue.
[0044] Le module de contrôle 130 est configuré pour déterminer la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe 121.
[0045] Le module de contrôle 130 est configuré pour déterminer la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe 121.
[0046] Le module de contrôle 130 est configuré pour estimer la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge 120 à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées.
[0047] Le module de contrôle 130 est configuré pour calculer la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée.
[0048] Le module de contrôle 130 est configuré pour, dans un mode dit « de purge », commander la vanne de purge 125 fin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur 20 en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stoechiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres.
[0049] Le module de contrôle 130 comprend un processeur apte à mettre en œuvre un ensemble d’instructions permettant de réaliser ces fonctions.
[0050] Mise en œuvre
[0051] On considère en prérequis que le dispositif fonctionne tout d’abord en mode hors-purge. Lorsque le module de contrôle détermine qu’il est nécessaire de réaliser une purge du filtre absorbant (mode de purge), le module de contrôle 130 commande la pompe 121 pour que la pompe 121 fonctionne à régime prédéterminé, par exemple minimal, et ouvre la vanne de purge 125.
[0052] Lorsque le flux de gaz chargé en vapeurs d’hydrocarbures circule du filtre absorbant 110 en direction du moteur 20 à travers le circuit de purge 120, le capteur de
pression amont 122 et le capteur de pression aval 123 mesurent périodiquement la pression du flux de gaz et envoient leurs mesures au module de contrôle 130 (respectivement étapes E1 et E2). Le module de contrôle 130 calcule alors la différence de pression du flux entre l’entrée et la sortie de la pompe 121 à partir des valeurs courantes de pressions reçues du capteur de pression amont 122 et du capteur de pression aval 123 (étape E3).
[0053] Parallèlement, le capteur de température de flux 124 mesure également périodiquement la température du flux de gaz et envoie ses mesures au module de contrôle 130 (étape E4).
[0054] Parallèlement, le module de contrôle 130 reçoit également dans une étape E5 la vitesse de rotation de la pompe 121 et la température interne de la pompe 121 , envoyées directement par la pompe 121 , par exemple via un bus de communication de données du véhicule 1.
[0055] Le module de contrôle 130 détermine ensuite le débit massique du flux de gaz à partir de la vitesse de rotation de la pompe 121 et des valeurs de pression et température de part et d’autre de la vanne de purge 125 (étape E6). La vitesse de rotation de la pompe permet de caractériser la section de passage de l’air dans la vanne de purge 125, cette section étant utilisée pour calculer le débit massique de manière connue en soi. Les valeurs de pression et de températures de part et d’autre de la vanne de purge 125 peuvent être établies à partir d’un modèle prédéfini stocké dans une zone mémoire du module de contrôle 130 peut être utilisé, ce modèle se présentant sous la forme d’une table ayant pour entrées la pression atmosphérique ambiante et le débit d’air entrant dans le moteur.
[0056] Le module de contrôle 130 détermine ensuite :
[0057] la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue (étape E7),
[0058] la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe 121 reçue (étape E8),
[0059] la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue (étape E9).
[0060] En théorie, les calculs nécessitent la valeur de température du corps de la pompe 121 plutôt que la température interne de la pompe 121. La pompe 121 comprend un capteur interne permettant de mesurer la température interne mais pas la température du corps de pompe 121. Cependant, la température interne de la pompe 121 et la température du corps de la pompe 121 ne sont pas rigoureusement identiques, mais leurs dynamiques sont similaires. La température interne de la pompe 121 est donc une bonne image de la température du corps de la pompe 121.
[0061] La contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz TFIow_Adb est déterminée selon l’équation suivante :
où Tlnlet est la température du flux de gaz reçue du capteur de température de flux, PFlow est la pression du flux de gaz reçue du capteur de pression aval 123 et Plnlet est la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression amont 122 et gamma y est la constante des gaz parfaits qui vaut entre 1 , 2 et 1 ,4 selon les gaz considérés.
[0063] La contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe 121 reçue est déterminée selon l’équation suivante :
où HeatFacConv représente l’échange de chaleur par convection et radiation entre le matériau de la pompe et le flux de gaz, TBody est la température interne de la pompe 121 et Tlnlet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux 124.
[0065] La contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe 121 reçue est déterminée selon l’équation suivante :
où est le débit massique du flux de gaz traversant la pompe, HeatFacCond représente l’échange de chaleur par conduction entre le matériau de la pompe 121 et le flux de gaz, TBody est la température interne de la pompe 121 et Tlnlet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux 124.
[0067] Le module de contrôle 130 calcule alors dans une étape E10 une estimation de la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge 120 à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées selon l’équation suivante :
Une fois la température estimée, le module de contrôle 130 calcule dans une étape E11 la concentration en vapeurs de carburant du flux de gaz à partir de la température estimée selon la formule suivante :
[0070] où pgas est la densité du gaz dans la pompe 121, pair est la densité de l’air a la pression et température dans la pompe 121 et pbut est la densité du butane à la pression et température dans la pompe 121.
[0071] Ensuite, le module de contrôle 130 commande la vanne de purge 125 dans une étape E12 afin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur 20 en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stoechiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres.
[0072] Ce contrôle peut être effectué par exemple à partir d’une table stockée dans une zone mémoire accessible au module de contrôle 130 et dans laquelle sont stockées des correspondances entre la concentration en vapeur d’hydrocarbure du flux de gaz et l’ouverture de la vanne de purge 125, ces correspondances permettant de respecter le rapport stoechiométrique du moteur 20.
[0073] Lorsque le module de contrôle 130 détermine que le mode de purge est terminé (étape E13), il ferme la vanne de purge 125 (étape E14) et commande la pompe 121 (étape E15) pour éviter le vieillissement prématuré du ou des matériaux constituant la pompe 121, par exemple en commandant la pompe 121 à son régime minimum.
[0074] L’invention permet donc avantageusement de contrôler de manière simple, fiable et précise le débit du flux de gaz dans les cylindres du moteur 20 afin de respecter le rapport stoechiométrique du moteur 20.
Claims
Revendications
[Revendication 1] Dispositif (10) de purge des vapeurs d’un carburant stocké dans un réservoir d’un véhicule (1) automobile hybride ou thermique, ledit véhicule (1) comprenant un moteur (20) thermique et un réservoir (10) de stockage d’un carburant destiné à être brûlé dans ledit moteur (20), ledit dispositif comprenant :
- un filtre absorbant (110) apte à filtrer les vapeurs générées par le carburant stocké dans ledit réservoir (10) sous forme d’hydrocarbures,
- un circuit (120) dit « de purge » relié au filtre absorbant et destiné à être relié au moteur (20) et comprenant : o une pompe (121) apte à permettre la circulation d’un flux de gaz contenant des vapeurs d’hydrocarbures du filtre absorbant (110) vers le moteur (20), o un capteur de pression dit « amont » (122) placé en amont de la pompe (121), o un capteur de pression dit « aval » (123) placé en aval de la pompe (121), o un capteur de température de flux (124) configuré pour mesurer la température du flux de gaz, o une vanne de purge (125) configurée pour basculer entre une position ouverte, dans laquelle ladite vanne de purge permet la circulation du flux de gaz du filtre absorbant (110) vers le moteur (20) et une position fermée dans laquelle le filtre absorbant (110) est isolé du moteur (20),
- un module de contrôle (130) configuré pour, dans un mode de purge : o recevoir les mesures du capteur de pression amont (122) et du capteur de pression aval (123), o calculer la différence de pression du flux de gaz entre l’entrée et la sortie de la pompe (121) à partir des mesures de pression amont et avals reçues, o recevoir les mesures de température du capteur de température de flux (124), la vitesse de rotation de la pompe (121) et la température interne de la pompe (121), o déterminer le débit massique du flux de gaz à partir de la vitesse de rotation de la pompe (121) reçue, o déterminer la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz TFiow_Adt>, à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue, et selon l’équation suivante :
où Tmiet est la température du flux de gaz reçue du capteur de température de flux, PFIOW est la pression du flux de gaz reçue du capteur de pression aval (123), Pmiet est la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression amont (122) et y la constante des gaz parfaits, o déterminer la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe (121) reçue, selon l’équation suivante :
où HeatFacconv représente l’échange de chaleur par convection et radiation entre le matériau de la pompe (121) et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe (121) et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux (124), o déterminer la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe (121) reçue, selon l’équation suivante :
(/ f lOW ou J est le debit massique du flux de gaz traversant la pompe (121), HeatFaccond l’échange de chaleur par conduction entre le matériau de la pompe (121) et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe (121) et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux (124), o estimer la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées, selon l’équation suivante :
o calculer la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée, aux mesures de pression reçues et à la vitesse de rotation de la pompe reçue, o commander la vanne de purge (125) afin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur (20) en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stoechiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres. [Revendication 2] Dispositif (10) selon la revendication 1 , dans lequel le module de contrôle (130) est configuré pour déterminer un instant de fin de purge des vapeurs de
19 carburant, pour fermer la vanne de purge (125) et pour commander la pompe (121) afin que ladite pompe (121) fonctionne, dans ce mode dit « hors-purge », à un régime minimum prédéterminé.
[Revendication 3] Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de contrôle (130) est configuré pour calculer la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée selon l’équation suivante :
où pgas est la densité du gaz dans la pompe (121), pajr est la densité de l’air a la pression et température dans la pompe (121) et pbut est la densité du butane à la pression et température dans la pompe (121).
[Revendication 4] Véhicule (1) automobile comprenant un dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, un moteur (20) thermique comprenant au moins un cylindre et un réservoir (30) de stockage d’un carburant destiné à être brûlé dans ledit au moins un cylindre du moteur (20).
[Revendication 5] Procédé de contrôle du débit d’un flux de gaz circulant dans un dispositif (10) de purge selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, ledit procédé, mis en œuvre par le module de contrôle (130) dudit dispositif, comprenant les étapes de :
- réception (E1) d’au moins une mesure de la pression du flux en amont de la pompe (121),
- réception (E2) d’au moins une mesure de la pression du flux en aval de la pompe (121),
- calcul (E3) de la différence de pression du flux entre l’entrée et la sortie de la pompe (121),
- réception (E4) d’au moins une mesure de température du capteur de température de flux (124),
- réception (E5) d’au moins une mesure de la vitesse de rotation de la pompe (121) et de la température interne de la pompe (121),
- détermination (E6) du débit massique du flux de gaz à partir de la vitesse de rotation de la pompe (121) reçue,
- détermination (E7) de la contribution de la compression adiabatique du flux de gaz à la température dudit flux de gaz TFiow_Adb, à partir de la différence de pression calculée et de la mesure de température du flux de gaz reçue, selon l’équation suivante :
20 où Tmiet est la température du flux de gaz reçue du capteur de température de flux, PFIOW est la pression du flux de gaz reçue du capteur de pression aval, Pmiet est la pression du flux de gaz mesurée par le capteur de pression amont (122) et y la constante des gaz parfaits,
- détermination (E8) de la contribution de la convection du flux de gaz à la température dudit flux de gaz à partir de la mesure de température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue, selon l’équation suivante :
où HeatFacconv représente l’échange de chaleur par convection et radiation entre le matériau de la pompe (121) et le flux de gaz, Tsody est la température interne de la pompe (121) et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux (124),
- détermination (E9) de la contribution de la conduction du flux à la température du flux de gaz à partir du débit massique du flux de gaz déterminé, de la température du flux de gaz reçue et de la mesure de température interne de la pompe reçue, selon l’équation suivante :
où ^/,ow est le débit massique du flux de gaz traversant la pompe (121), HeatFaccond l’échange de chaleur par conduction entre le matériau de la pompe (121) et le flux de gaz, Tsod est la température interne de la pompe (121) et Tmiet est la température du flux de gaz mesurée par le capteur de température de flux (124),
- estimation (E10) de la température du flux de gaz circulant dans le circuit de purge à partir des contributions de compression adiabatique, de convection et de conduction déterminées, selon l’équation suivante :
- calcul (E11) de la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée,
- commande (E12) de la vanne de purge afin de contrôler le débit du flux entrant dans les cylindres du moteur (20) en fonction de la concentration calculée en respectant le rapport stoechiométrique de la combustion du mélange air-carburant relatif audits cylindres.
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, comprenant en outre les étapes, mise en œuvre par le module de contrôle, de détermination (E13) d’un instant de fin de purge
21 des vapeurs de carburant, de fermeture (E14) de la vanne de purge (125) et de commande (E15) de la pompe (121) afin que ladite pompe (121) fonctionne, dans ce mode dit « hors- purge », à un régime minimum prédéterminé.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le calcul de la concentration en vapeurs de carburant du flux à partir de la température estimée est réalisé selon l’équation suivante :
où pgas est la densité du gaz dans la pompe (121), pajr est la densité de l’air a la pression et température dans la pompe (121) et pbut est la densité du butane à la pression et température dans la pompe (121).
[Revendication 8] Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconques des revendications 5 à 7.
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