Procédé de gestion des vapeurs d'hydrocarbures dans un réservoir de véhicule à moteur à combustion interne

Abstract

 Procédé de gestion des vapeurs d'hydrocarbures dans un réservoir de véhicule à moteur à combustion interne pourvu d'un récupérateur à charbons actifs, d'une purge du récupérateur en communication avec un organe d'admission du moteur, d'une sonde de richesse disposée à l'échappement du moteur et d'un calculateur d'injection électronique capable de déterminer le débit de carburant Q_em devant être injecté. On calcule le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur, et on calcule un débit de carburant de consigne en provenance du réservoir en retranchant le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur du débit de carburant Q_em devant être injecté. On commande l'admission d'un débit de carburant en provenance du réservoir égal au débit de consigne, et on injecte dans le moteur un débit de carburant égal au débit de carburant de consigne déterminé par le calculateur.

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine de la gestion des vapeurs d'hydrocarbures dans un réservoir de véhicule à moteur à combustion interne, les vapeurs d'hydrocarbures étant récupérées par un récupérateur à charbons actifs également appelé canister.

[0002] Les émissions d'ydrocarbures dans l'atmosphère sont considérées comme responsables de la formation d'ozone atmosphérique ainsi que d'autres polluants d'origine photochimique. Ces émissions proviennent pour environ 50% de l'activité humaine, notamment des solvants, du raffinage du pétrole, du transport des hydrocarbures, et pour une part de l'évaporation provenant des véhicules. Pour réduire cette dispersion d'hydrocarbures dans l'atmosphère, outre l'amélioration de l'étanchéité des organes contenant des hydrocarbures, il convient de récupérer les vapeurs d'hydrocarbures présentes dans le réservoir du véhicule.

[0003] Le système couramment employé est un récupérateur à charbons actifs, les charbons actifs récupérant les vapeurs d'essence. La capacité de récupération des charbons actifs n'étant pas illimitée, le récupérateur est purgé directement dans le plénum d'admission du moteur du véhicule. L'apport supplémentaire de carburant provoque une perturbation de la richesse, des désagréments dans la conduite du véhicule tels que des à-coups et l'apparition d'odeurs indésirables.

[0004] La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en commandant la purge du récupérateur à charbons actifs et en adaptant l'alimentation du moteur à cette purge. L'invention a également pour objet de proposer une stratégie de gestion des vapeurs d'hydrocarbures adaptée à un moteur fonctionnant à une richesse variable et permettant la purge du récupérateur.

[0005] Le procédé de gestion des vapeurs d'hydrocarbure dans un réservoir de véhicule de moteur à combustion interne, selon l'invention, est prévu pour un véhicule équipé d'un récupérateur à charbons actifs, d'une purge du récupérateur en communication avec un organe d'admission du moteur, d'une sonde de richesse disposée à l'échappement du moteur et d'un calculateur d'injection électronique capable de déterminer le débit de carburant Q_em devant être injecté. Le procédé comprend des étapes :

. de calcul du débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur,

. de calcul d'un débit de carburant de consigne en provenance du réservoir en retranchant le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur du débit de carburant Q_em devant être injecté,

. de commande de l'admission d'un débit de carburant en provenance du réservoir égal au débit de consigne,

. d'injection dans le moteur d'un débit de carburant égal au débit de carburant de consigne déterminé par le calculateur.

[0006] Ainsi, cette stratégie est basée sur un apprentissage de la charge du récupérateur en carburant grâce à la sonde de richesse linéaire disposée à l'échappement d'un moteur, par exemple à allumage commandé. Lorsque cet apprentissage est effectué, la richesse de combustion de consigne désirée est respectée quel que soit la quantité d'essence provenant du récupérateur, en adaptant la quantité de carburant injectée par les injecteurs dans la chambre de combustion, dans le cas d'un moteur à injection directe, ou dans les pipes d'admission, dans le cas d'un moteur à injection indirecte. La quantité de carburant provenant de la purge et du récupérateur peut être modulée grâce à une électrovanne permettant de gérer le débit de gaz, air et vapeur de carburant, provenant de la purge du récupérateur et entrant dans le plénum d'admission.

[0007] Dans un mode de réalisation de l'invention, le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur est calculé à partir d'une estimation du débit total du mélange de vapeur de carburant et d'air provenant de la purge du récupérateur et de la richesse r_p dudit mélange. On peut déterminer la richesse r_p du mélange provenant de la purge du récupérateur par l'équation

[0008] Q_ap étant le débit d'air provenant de la purge, Ks étant un coefficient de mise à l'échelle déterminé par :

[0009] r_m étant la richesse de combustion de consigne déterminé par le calculateur et Q_am étant le débit d'air entrant dans le moteur estimé par le calculateur.

[0010] Avantageusement, le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur est calculé à partir de la richesse r_p du mélange provenant de la purge du récupérateur par l'équation :

avec

c'est-à-dire le taux de gaz provenant de la purge et étant estimé à partir de l'ouverture d'une vanne de la purge.

[0011] Dans un mode de réalisation de l'invention, en l'absence de purge, on calcule le temps d'injection Ti en effectuant le produit du débit de carburant Q_em devant être injecté par un coefficient K' de mise à l'échelle, avec

, K étant un coefficient de mise à l'échelle et α un facteur de correction de débit d'air, lorsque que le débit d'air est parfaitement estimé, α est constant et égal à α_sp ; et qu'en présence de purge,

, le facteur de correction α ayant pris la valeur α_ap pour respecter la richesse de combustion r_m, ce qui permet d'en déduire :

.

[0012] Dans un mode de réalisation de l'invention, on limite la proportion de carburant provenant de la purge c'est-à-dire le rapport

, à des valeurs objectif τ_obj stockées dans une table pouvant faire l'objet d'une lecture par le calculateur. Avantageusement, des valeurs objectif t_obj du taux de gaz provenant de la purge sont données par :

; β étant une variable indépendante du taux de purge t et de la richesse r_m, obtenue par :

.

[0013] On peut ajuster le taux de purge t de façon proportionnelle à la valeur objectif τ_obj et à la richesse r_m de manière à respecter la valeur objectif τ_obj quelle que soit la richesse r_m, avec

, P étant un rapport de proportionnalité.

[0014] Lorsque le facteur de correction α varie faiblement, on peut figer la valeur de la variable β, seules les valeurs du taux de purge t, le rapport τ et la richesse r_m évoluant. A intervalles de temps donnés on peut effectuer le calcul d'une nouvelle valeur de la variable de β.

[0015] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on mesure directement la richesse r_m(k) à un instant donné k et l'on en déduit la valeur de la variable β à l'instant donné k :

; avec

; d étant le temps nécessaire au transfert des gaz de l'admission à la sonde de mesure et étant connu ; r_s étant la richesse que l'on devrait mesurer au niveau de la sonde.

[0016] On peut ainsi utiliser de façon satisfaisante les vapeurs de carburant en provenance de la purge du récupérateur à charbons actifs et ce sans perturber la richesse de combustion et en diminuant la quantité de carburant en provenance des injecteurs, ce qui se traduit par une amélioration du confort de conduite, la suppression de mauvaises odeurs et une diminution de la consommation de carburant tout en évitant l'émission de vapeurs d'hydrocarbures dans l'atmosphère.

[0017] La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation illustrés sur les dessins annexés, sur lesquels :

la figure 1 est un schéma montrant un moteur à combustion interne pourvu d'un récupérateur à charbons actifs et d'un calculateur d'injection ;

la figure 2 est un diagramme temporel montrant un premier mode de fonctionnement de l'invention ; et

la figure 3 est diagramme temporel montrant un second mode de fonctionnement de l'invention.

[0018] Comme on peut le voir sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1 comprend des organes d'admission tel que le répartiteur d'admission 2 et une sonde de richesse linéaire 3 disposée du côté échappement du moteur et permettant de connaître la richesse de combustion dans le moteur. Le moteur 1 est alimenté par des organes d'injection et d'alimentation en air 4.

[0019] De plus, le moteur 1 comprend un récupérateur à charbons actifs 5 relié par une conduite 6 au réservoir de carburant, non représenté, du véhicule. Ce récupérateur 5 est en communication par une conduite de purge 7 avec le répartiteur d'admission 2 du moteur. Une électrovanne 8 commandée par un calculateur d'injection 9 est prévue sur la conduite de purge 7 de façon à pouvoir commander la purge du récupérateur 5 par conséquent la quantité de vapeurs de carburant en provenance dudit récupérateur 5 en fonction des besoins du moteur 1. Le calculateur 9 reçoit une information de richesse de combustion en provenance de la sonde 3 et commande aussi les organes d'injection et d'alimentation en air 4.

[0020] Pour une bonne gestion de la purge du récupérateur 5 et de l'injection du moteur 1, il est nécessaire de connaître la richesse du mélange de vapeurs de carburant et d'air provenant de la purge. A partir d'une estimation de la richesse et d'une estimation du débit total de gaz, vapeurs de carburant et air, provenant de la purge, il est possible de déduire le débit de carburant Q_ep provenant de ladite purge. Il suffit ensuite de le retrancher du débit de carburant nécessaire au moteur Q_em, déterminé par les besoins du moteur 1 et calculé par le calculateur d'injection 9, pour déterminer le débit à injecter par les injecteurs.

[0021] Dans le cas d'un système d'injection à richesse variable r_m, en l'absence de purge du récupérateur 5, le temps d'injection Ti calculé par le calculateur 9 est proportionnel au débit de carburant nécessaire au moteur Q_em ou encore proportionnel au débit d'air frais Q_am entrant dans le moteur et à la richesse r_m. On peut ajouter au calculateur 9 un contrôleur de richesse qui à partir de l'information richesse mesurée par la sonde de richesse 3 détermine un facteur de correction α de débit d'air estimé de manière à respecter la richesse de combustion de consigne r_m. On a alors

; K étant un coefficient de mise à l'échelle.

[0022] Lorsque le débit d'air est parfaitement estimé, le facteur de correction α est égal à une valeur fixe constante α_sp. On relie la variation de ce facteur de correction α à la richesse r_p du mélange de gaz provenant de la purge du récupérateur 5 et à la richesse de consigne r_m. En effet, on a :

et

; Q_ap est le débit d'air provenant de la purge du récupérateur 5. On en déduit alors

. La variable t représente le taux de gaz provenant de la purge qu'il est possible d'estimer précisément grâce à des modèles simples fonctions de l'ouverture de l'électrovanne de purge 8.

[0023] Sans purge du récupérateur 5, le temps d'injection est donné par :

et avec purge du récupérateur 5 :

.

[0024] Le temps d'injection Ti est également proportionnel à la différence entre le débit de carburant nécessaire au moteur Q_em et le débit du carburant provenant de la purge Q_ep. On en déduit la valeur de la quantité de carburant en provenance de la purge :

. La différence entre le facteur de correction sans purge α_sp et le facteur de correction avec α_ap dépend du taux t de purge et de la richesse r_m.

[0025] Si, au cours du fonctionnement du moteur, le taux de purge t ou la richesse r_m change, la dérive du facteur de correction α, α_sp - α_ap, change aussi. Il peut alors devenir difficile d'estimer la richesse r_p du mélange de gaz provenant de la purge. On crée alors une variable β, indépendante du taux de purge t et de la richesse moteur r_m :

.

[0026] Le débit d'essence de la purge Q_ep et le temps d'injection Ti deviennent alors:

;

.

[0027] On cherche alors à évaluer β à partir de la dérive du facteur de correction α_sp - α_ap pour en estimer ensuite la correction sur le temps d'injection Ti en fonction du taux de purge t et de la richesse r_m. Cependant, lors d'un apprentissage, le fonctionnement du moteur reste rarement à un taux de purge t et à une richesse r_m constante. On ne peut donc pas attendre la dérive du facteur de correction α pour évaluer la valeur de la variable β. De plus, la dérive du facteur de correction α n'est pas immédiate lors de l'ouverture de la vanne de purge 8. Elle dépend en effet de la rapidité du calculateur 9 et de la fonction de transfert du moteur 1. On calcule donc la valeur de la variable β continuellement pendant l'apprentissage comme étant un filtre de la dérive de la valeur du facteur de correction α pondéré par le taux de purge t et la richesse r_m calculée à intervalle donné. On montre alors que le terme β tend vers

et que α tend vers α_sp.

[0028] A chaque évolution de la valeur de β, le facteur de correction α n'est pas modifié. En fait, le facteur de correction α n'évolue que pour la régulation de richesse effectuée par le calculateur 9 et qui cherche à respecter la consigne de richesse. Or, lorsqu'on modifie la valeur de β, on perturbe la richesse puisqu'on change le temps d'injection Ti. On peut alors prendre en compte cette perturbation en avance sur la correction de richesse du régulateur de richesse. En effet, à chaque nouvelle valeur de β, la nouvelle valeur du facteur de correction α qui permet de rester à une richesse constante donc un débit de carburant constant est donné par :

.

[0029] Toutefois, pour une bonne combustion et un fonctionnement satisfaisant du moteur 1, on limite la proportion de carburant provenant de la purge du récupérateur 5, c'est-à-dire le rapport τ défini par :

. Le rapport τ est fonction de la charge du moteur, de la température d'eau et du type de combustion, homogène, stratifié, à mélange pauvre, à recyclage des gaz de combustion etc, du type de fonctionnement, à coupure d'injection, au ralenti etc. On peut stocker à l'avance des valeurs du rapport τ appelées alors τ_obj dans une table en fonction du régime et de la charge du moteur. On détermine alors une valeur objectif t_obj du taux de purge

.

[0030] Pour un même point de régime et de charge du moteur, un saut brusque de la richesse r_m conduit à un saut du rapport τ, à taux de purge t constant. On modifiera donc le taux de purge t de manière proportionnelle, avec un rapport de proportionnalité P, au rapport τ_obj et à la richesse r_m de manière à respecter la valeur objectif τ_obj quelle que soit la richesse

.

[0031] Ainsi si le taux de purge t est inférieur à la valeur objectif t_obj , on augmente le rapport de proportionnalité, dans le cas inverse on le diminue, voir figure 3.

[0032] La richesse de la purge est correctement apprise lorsque le facteur de correction α varie faiblement. Dans ce cas on passe en mode de purge nominale (voir figure 2). La variable β est figée et seul le taux de purge t, le rapport τ et la richesse r_m évoluent. On peut même avoir des rapports τ_obj différents de ceux du mode d'apprentissage expliqué précédemment. Le mode d'apprentissage est réactivé lorsque l'on estime que la richesse de purge a évoluée. Par exemple, à intervalles de temps donnés δ_nom, on repasse en mode apprentissage pour réapprendre la valeur de la variable β. On peut choisir un intervalle de temps δ_nom de l'ordre de soixante secondes.

[0033] On remarque que pour une charge du moteur donnée c'est-à-dire une pression collecteur donnée, le débit passant par la vanne de purge 8 est par conséquent le taux de purge t sont proportionnels à la section efficace de ladite vanne de purge 8. On peut stocker dans une table en fonction du régime et de la pression collecteur la valeur de la section efficace de référence S_ref de la vanne de purge 8 donnant le taux de purge t_ref. Le taux de purge appliqué t sera obtenu en faisant le rapport de la section efficace appliquée S et de la section efficace de référence S_ref. Dans le cas d'une vanne commandée en rapport cyclique d'ouverture, la section efficace de la vanne est proportionnelle au rapport cyclique d'ouverture RCO. On peut donc stocker dans une table en fonction du régime et de la pression collecteur la commande en rapport cyclique d'ouverture de référence donnant le taux de purge t_ref. Le taux appliqué t sera donc obtenu en faisant le rapport du rapport cyclique d'ouverture appliqué RCO et du rapport cyclique d'ouverture de référence RCO_ref.

[0034] Commet

, il en résulte

ou

.

[0035] Dans le cas où la vanne de purge 8 est en saturation supérieure, à son débit maximum, on ne peut pas obtenir le taux de purge objectif t_obj . On n'augmente donc plus le coefficient de proportionnalité P, la section efficace et/ou le rapport cyclique d'ouverture RCO sont saturés à leur valeur maximale S_max et RCO_max. La correction du temps d'injection Ti reste donc valable puisque le taux de purge t est correctement évalué par

ou

.

[0036] En disposant d'une sonde de richesse proportionnelle, on peut aussi utiliser directement la formation richesse et améliorer ainsi le temps de réponse de la régulation. En effet, la richesse mesurée à l'instant k, r_mes (k) est donnée par :

; ou encore

. d représente le temps nécessaire pour le transfert des gaz de l'admission à la sonde de mesure 3. d peut être stocké dans une table en fonction du régime du moteur et et de la pression collecteur. r_s est la richesse que l'on devrait mesurer au niveau de la sonde 3. La valeur de r_s prend en compte les phénomènes de mouillage de parois et le retard de transport entre l'admission et l'échappement. On peut la modéliser de la façon suivante :

.

[0037] En supposant que le taux de purge t ne varie pas pendant le temps d entre l'instant k-d et l'instant k, on obtient :

; soit

.

[0038] En reprenant la même définition de la variable β comme précédemment, on obtient :

. On peut alors utiliser la même stratégie que précédemment puis que seule la manière d'estimer β change. Pour s'affranchir des problèmes de dispersion et d'erreur de mesure on peut, ne pas calculer directement la variable β mais effectuer un filtrage :

.

[0039] Grâce à l'invention, on parvient à diminuer la quantité de carburant injectée lorsque l'on introduit du carburant en provenance de la purge du récupérateur pour conserver la richesse de combustion adéquate calculée par le calculateur d'injection, ce qui permet d'utiliser de façon efficace les vapeurs de carburant présentes dans le réservoir et de réduire la consommation de carburant tout en améliorant le confort de conduite du véhicule et en réduisant la pollution.

Revendications

1. Procédé de gestion des vapeurs d'hydrocarbures dans un réservoir de véhicule à moteur à combustion interne pourvu d'un récupérateur à charbons actifs, d'une purge du récupérateur en communication avec un organe d'admission du moteur, d'une sonde de richesse disposée à l'échappement du moteur et d'un calculateur d'injection électronique capable de déterminer le débit de carburant Q_em devant être injecté, caractérisé par le fait qu'on calcule le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur, qu'on calcule un débit de carburant de consigne en provenance du réservoir en retranchant le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur du débit de carburant Q_em devant être injecté, qu'on commande l'admission d'un débit de carburant en provenance du réservoir égal au débit de consigne, et qu'on injecte dans le moteur un débit de carburant égal au débit de carburant de consigne déterminé par le calculateur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur est calculé à partir d'une estimation du débit total du mélange de vapeur de carburant et d'air provenant de la purge du récupérateur et de la richesse r_p dudit mélange.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on détermine la richesse r_p du mélange provenant de la purge du récupérateur par l'équation

; Q_ap étant le débit d'air provenant de la purge, Ks étant un coefficient de mise à l'échelle déterminé par

; r_m étant la richesse de combustion de consigne déterminée par le calculateur, Q_am étant le débit d'air entrant dans le moteur estimé par le calculateur.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le débit de carburant Q_ep en provenance de la purge du récupérateur est calculé à partir de la richesse r_p du mélange provenant de la purge du récupérateur par l'équation :

; avec

c'est à dire le taux de gaz provenant de la purge et étant estimé à partir de l'ouverture d'une vanne de la purge.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'en l'absence de purge, l'on calcule le temps d'injection Ti en effectuant le produit du débit de carburant Q_em devant être injecté par un coefficient K' de mise à l'échelle, avec

; K étant un coefficient de mise à l'échelle et α un facteur de correction du débit d'air, lorsque le débit d'air est parfaitement estimé, α est constant et égal à α_sp; et qu'en présence de purge,

, le facteur de correction α ayant pris la valeur α_ap pour respecter la richesse de combustion r_m, ce qui permet d'en déduire :

.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on limite la proportion de carburant provenant de la purge, c'est à dire le rapport

, à des valeurs objectifs τ_obj stockées dans une table pouvant faire l'objet d'une lecture par le calculateur.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que des valeurs objectifs t_obj du taux de gaz provenant de la purge sont données par :

; β est une variable dépendante du taux de purge t et de la richesse r_m obtenue par

.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on ajuste le taux de purge t de façon proportionnelle à la valeur objectif τ_obj et à la richesse r_m de manière à respecter τ_obj quelque soit la richesse r_m, avec

, P étant un rapport de proportionnalité.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que, lorsque le facteur de correction α varie faiblement, on fige la valeur de la variable β, seules les valeurs du taux de purge t, le rapport τ et la richesse r_m évoluent.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'à intervalle de temps donné on effectue le calcul d'une nouvelle valeur de la variable β.

11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on mesure directement la richesse r_m(k) à un instant donné k et que l'on en déduit la valeur de la variable β à l'instant donné k :

; avec

; d étant le temps nécessaire au transfert des gaz de l'admission à la sonde de mesure et étant connu; r_s étant la richesse que l'on devrait mesurer au niveau de la sonde.

Dessins