Brevet FR2970738A1 — publié le 20120727

PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE LA TENEUR EN EAU D'UN CARBURANT MIXTE ALCOOL-ESSENCE DANS UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN CEUVRE La présente invention s'inscrit dans le domaine des véhicules à moteur à combustion interne dits à carburant modulable, c'est-à-dire pouvant fonctionner avec différents types de carburants comprenant de l'essence et de l'alcool dans des proportions variables. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans un moteur à combustion interne d'un véhicule, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Un autre aspect de l'invention est un procédé plus global de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, incluant un tel procédé de détermination de la teneur en eau. Le nombre de véhicules à carburant modulable en circulation est croissant. Le type le plus courant d'alcool entrant dans la constitution des carburants actuellement proposés sur le marché est l'éthanol. Il y est présent dans des proportions qui peuvent varier en fonction des pays. Dans certains pays, en particulier au Brésil, le carburant à base d'éthanol couramment utilisé présente un taux théorique d'éthanol de 1000/0, et répond à la dénomination E100. De tels carburants E100 ne sont cependant pas exempts de traces d'eau, en raison notamment du caractère hydrophile de cet alcool. Si des teneurs en eau de ces carburants inférieures à 5 % sont courantes, et sans conséquence importante sur le fonctionnement du moteur, il arrive fréquemment, en fonction des conditions et du temps de stockage du carburant, que cette teneur en eau s'élève au-delà de cette valeur, parfois même jusqu'à 12 ou 15 %. Dans les véhicules à carburant modulable (VCM) il est ainsi possible de se trouver en présence d'un mélange d'alcool, d'essence et d'eau, dans des teneurs respectives variables, ceci en fonction du type de carburant résiduel contenu dans le réservoir lorsqu'un nouveau plein est effectué, et du type de carburant nouvellement introduit. Or la présence d'une quantité d'eau trop importante dans le carburant contenant par ailleurs de l'alcool a des conséquences néfastes pour le fonctionnement du moteur, notamment dans des conditions de fonctionnement dites `à froid', c'est-à- dire dans lesquelles la température du fluide de refroidissement du moteur ne dépasse pas 30 °C. On peut citer à titre d'exemple une instabilité de cômbustion durant la chauffe du moteur, qui se traduit notamment par l'allumage de voyants sur le tableau de bord, des problèmes d'allumage, l'impossibilité de tenir le ralenti, un temps de démarrage augmenté de 3 à 20 secondes, le calage du moteur dans les régimes transitoires, etc. Dans les pires situations, le démarrage du moteur peut être rendu impossible. Connaitre la teneur en eau dans un carburant mixte alcool - essence permettrait de détecter de tels risques de disfonctionnement du moteur et de prendre des mesures en conséquence, notamment en ajustant les données stoechiométriques du démarrage et du fonctionnement à froid du moteur de manière adéquate. A l'origine de la présente invention, il a été observé que la mesure de la teneur en alcool d'un mélange alcool - essence était perturbée par la présence d'eau dans le carburant, et ceci de façon variable avec la teneur en eau du carburant et ne suivant pas une loi de modélisation prédictible. La mesure de la teneur en alcool est effectuée de façon classique par un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant. Cette mesure de la teneur en alcool ne permettait cependant pas d'évaluer la teneur en eau du carburant lorsque l'on se trouvait en présence d'un mélange alcool - eau - essence. Le procédé selon l'invention comprend les étapes de : - détermination d'une première valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure de richesse de combustion, - détermination d'une deuxième valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure relevée par un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, - comparaison de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur, - et, lorsque ladite première valeur est inférieure à ladite deuxième valeur, détermination de la teneur en eau du carburant par attribution d'une valeur de teneur en eau prédéterminée associée au couple constitué de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur de teneur en alcool. Le procédé selon l'invention met ainsi avantageusement en ceuvre des moyens déjà utilisés de façon classique dans les véhicules existants, en particulier un capteur de mesure de la richesse de combustion et un capteur de mesure de la conductivité électrique du carburant. Il exploite les données relevées par ces capteurs pour en déduire une valeur de la teneur en eau du carburant mixte alcool - essence, par traitement de deux valeurs de teneur en alcool déterminées, de façon classique en elle-même, respectivement à partir de chacune de ces deux données. Lorsqu'il apparait que ces valeurs de teneur en alcool sont divergentes, témoignant alors d'une présence anormale d'eau dans le carburant, ce procédé détermine alors la teneur en eau du carburant comme étant égale à une valeur prédéterminée associée au couple particulier de valeurs de teneur en alcool ainsi obtenu. Cette valeur de teneur en eau prédéterminée est établie préalablement à la mise en ceuvre du procédé, par exemple de façon expérimentale sur un banc moteur lors de la mise au point d'un moteur représentatif de la production en série. Le procédé selon l'invention peut ainsi comporter une étape préalable d'établissement expérimental d'abaques associant à chaque couple de valeurs de teneur en éthanol déterminées à partir des mesures effectuées par les deux capteurs, une valeur de teneur en eau du carburant. Suivant des modes de mise en ceuvre préférés, l'invention répond en outre 15 aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes. Dans des modes de mise en oeuvre préférés de l'invention, la mesure de richesse de combustion est réalisée en fonctionnement dit `à chaud' du moteur, de sorte à procurer un résultat le plus fiable possible sur la valeur de la teneur en alcool 20 dans le carburant qui en est déduite. Dans le contexte de l'invention, on considère qu'un moteur fonctionne `à chaud' lorsque la température du fluide de refroidissement du moteur est supérieure à 70 ou 80 °C. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la mesure de richesse de combustion est réalisée au moyen d'une sonde lambda disposée en aval d'un 25 collecteur d'échappement du véhicule. Une telle sonde lambda est déjà utilisée de façon classique dans de nombreux véhicules à moteur à combustion, pour déterminer la richesse de combustion du moteur, par mesure de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Son principe de fonctionnement réside schématiquement dans la mesure d'un courant formé par le passage des ions dioxygène à travers un corps 30 poreux de la sonde. Dans des modes de mise en ceuvre préférés de l'invention, la première valeur de teneur en alcool est déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée après introduction, dans un réservoir à carburant du véhicule, d'un nouveau volume de carburant, et après stabilisation de la richesse de combustion mesurée. Cette stabilisation témoignant du fait que le nouveau carburant introduit est arrivé à la rampe d'injection du véhicule, on s'assure de ce fait avantageusement que la valeur de teneur en alcool alors obtenue est représentative de ce nouveau carburant. Préférentiellement, le capteur de mesure de conductivité électrique du carburant est disposé à l'entrée d'un rail d'injection du moteur à combustion ou dans ledit rail, si bien qu'il en est tiré une information sur le carburant juste avant son injection. Il peut ainsi avantageusement être procédé à la prise de mesures correctives de fonctionnement du moteur, notamment quant à la quantité de carburant injecté, et ce quasiment en temps réel et de la façon la plus adaptée possible à la teneur en eau ~o du carburant qui se trouve au niveau de la rampe d'injection. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, visant à solutionner les problèmes de fonctionnement du moteur `à froid', notamment au démarrage et dans les phases suivantes, la première valeur de teneur en alcool est déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée immédiatement 15 avant l'arrêt du moteur et est mémorisée, et la deuxième valeur de teneur en alcool est déterminée immédiatement après le démarrage subséquent du moteur. On entend par là que la première valeur de teneur en alcool prise en compte est la valeur déterminée à partir de la dernière mesure de richesse de combustion relevée avant l'arrêt du moteur, et que la deuxième valeur de teneur en alcool prise en compte est la 20 valeur déterminée à partir de la première mesure de conductivité électrique du carburant relevée après le démarrage subséquent du moteur. L'utilisation de telles valeurs respectives permet de déterminer de façon précise la teneur en eau du carburant prêt à être injecté dans le moteur, au démarrage même, et par conséquent de prendre les mesures correctives de fonctionnement du 25 moteur les plus appropriées possible. Préférentiellement, la première mesure de conductivité électrique du carburant prise en compte pour le calcul de la deuxième valeur de teneur en alcool est relevée dès la mise sous tension d'un calculateur de contrôle moteur du véhicule, avant même le démarrage du moteur. Des mesures sont ensuite relevées en continu. 30 En fonctionnement `à froid' du moteur, les deuxièmes valeurs de teneur en alcool ainsi relevées successivement par le capteur sont comparées à la première valeur de teneur en alcool déduite de la dernière mesure de richesse de combustion relevée par la sonde lambda avant l'arrêt du moteur, cette première valeur de teneur en alcool ayant été mémorisée par le calculateur moteur du véhicule avant l'arrêt du 2970738 moteur. Le procédé selon l'invention s'avère notamment tout à fait avantageux dans les configurations dans lesquelles la teneur en alcool du carburant est comprise entre environ 30 et 90 %, et la teneur en eau est supérieure à environ 5 %. 5 L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans un moteur à combustion interne d'un véhicule tel que décrit ci-avant. Ce dispositif comporte : - des moyens de mesure de richesse de combustion, de préférence une sonde ~o lambda, des moyens de détermination d'une première valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure de richesse de combustion relevée par ces moyens de mesure de richesse de combustion, un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, 15 - des moyens de détermination d'une deuxième valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure relevée par ce capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, et des moyens de comparaison de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur et de détermination de la teneur en eau du carburant par attribution d'une 20 valeur de teneur en eau prédéterminée associée au couple constitué de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur de teneur en alcool. Les différents moyens ci-avant entrant dans la constitution de ce dispositif sont avantageusement déjà utilisés dans de nombreux véhicules à moteur à combustion mixte existants, qui plus est dans une disposition opérante pour la mise en 25 oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif répondant à la définition de la présente invention n'implique par conséquent qu'un faible surcoût de fabrication et d'installation sur le véhicule. Il peut en particulier se résumer en une simple mise à jour du logiciel exécuté par le calculateur moteur du véhicule. Les différents moyens de détermination des valeurs de teneur en alcool à 30 partir des mesures relevées, de comparaison de ces valeurs et de détermination d'une teneur en eau associée, peuvent avantageusement être intégrés dans le calculateur du véhicule. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de mémorisation de la première valeur de teneur en alcool déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisés immédiatement avant l'arrêt du moteur du véhicule. La détermination, au moyen du procédé et du dispositif ci-avant, d'une teneur en eau du carburant supérieure à une valeur seuil prédéterminée, peut notamment permettre d'alerter le conducteur sur la présence dans le moteur d'un carburant défectueux. Cette alerte peut par exemple prendre la forme de l'allumage d'un voyant sur le tableau de bord. L'information sur cette teneur en eau peut également être utilisée pour ajuster ~o les paramètres de fonctionnement du moteur de sorte à éviter les problèmes qui peuvent y être liés. Ainsi, un autre aspect de l'invention est un procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, qui comporte les étapes de : 15 - détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans le moteur par un procédé tel que décrit ci-avant, et réglage de la quantité de carburant injecté en fonction de la valeur de la teneur en eau ainsi déterminée. Dans des modes de mise en oeuvre préférés, l'étape de réglage de ce 20 procédé est mise en ceuvre au démarrage du véhicule et dans les périodes de fonctionnement dites `à froid' du moteur. Ce réglage se traduit par une augmentation de la quantité de carburant injecté lorsque la teneur en eau du carburant augmente. II est mis en ceuvre par des moyens classiques en eux-mêmes. 25 D'autres paramètres de fonctionnement du moteur, tels que l'avance à l'allumage, le phasage de l'injection, l'ouverture du papillon, peuvent également être ajustés en fonction de la teneur en eau du carburant déterminée. L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de l'exemple de mise en ceuvre ci-après, qui n'en est nullement limitatif. 30 Un dispositif selon un mode de réalisation préféré de l'invention, pour la mise en oeuvre d'un procédé de détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte éthanol - essence dans un moteur à combustion interne d'un véhicule, comporte : - une sonde lambda disposée en aval d'un collecteur d'échappement du véhicule, - un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, disposé à l'entrée d'un rail d'injection du moteur à combustion interne du véhicule, des moyens de transfert de données respectivement de la sonde lambda et du capteur de mesure de conductivité électrique du carburant vers un calculateur moteur du véhicule, tel qu'un bus de données, ce calculateur moteur comportant : des moyens de détermination d'une première valeur de teneur en éthanol du carburant à partir d'une mesure de richesse de combustion relevée par la sonde lambda, des moyens de mémorisation de la première valeur de teneur en éthanol déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée immédiatement avant l'arrêt du moteur du véhicule, - des moyens de détermination d'une deuxième valeur de teneur en éthanol du carburant à partir d'une mesure relevée par le capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, des moyens de comparaison de la première valeur et de la deuxième valeur de teneur en éthanol, - et des moyens de détermination de la teneur en eau du carburant par attribution d'une valeur de teneur en eau prédéterminée associée au couple constitué de la première valeur et de la deuxième valeur de teneur en éthanol Le calculateur moteur est de préférence du type ordinateur programmé, 25 comportant au moins un microprocesseur, et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire `flash', disque optique, etc.) dans lesquels est mémorisé un programme d'ordinateur, sous la forme d'un ensemble d'instructions de code de programme à exécuter pour mettre en ceuvre les différentes étapes de calcul du procédé de détermination de la teneur en eau selon l'invention. Suivant certains 30 modes de réalisation, le dispositif de calcul comporte également un ou des circuits intégrés spécialisés, de type FPGA (abréviation anglaise pour `Field Programmable Gate Array', c'est à dire un réseau de portes programmables in situ), CPLD (abréviation anglaise pour `Complex Programmable Logic Device', c'est à dire un 10 15 20 circuit logique programmable complexe), etc., adaptés à mettre en ceuvre tout ou partie des étapes de calcul du procédé. En étape préalable, un procédé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention comporte l'établissement expérimental d'un abaque associant une valeur de teneur en eau du carburant à chaque couple constitué d'une première valeur de teneur en éthanol et d'une deuxième valeur de teneur en éthanol données par les moyens de détermination cités plus haut. A titre d'exemple, pour une première valeur de teneur en éthanol, telle que déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion relevée par la sonde ~o lambda, égale à 70 %, on établit ainsi le tableau 1 suivant, qui associe une valeur de teneur en eau à chaque deuxième valeur de teneur en éthanol, telle que déterminée à partir d'une mesure de conductivité électrique du carburant : Deuxième valeur de teneur en éthanol mesurée (%) 81 86 87 89 Valeur de teneur en eau du 4,9 7 7,7 8,4 carburant associée (%) Tableau 1 - Valeurs de teneurs en eau associées à chaque couple 15 « première valeur de teneur en éthanol égale à 70 % - deuxième valeur de teneur en éthanol variable » donné Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, qui n'en est nullement limitatif, lorsque le conducteur vient de faire le plein du véhicule, par exemple en introduisant du carburant E100 dans un réservoir qui contient déjà une 20 quantité résiduelle d'essence, on acquiert au moyen de la sonde lambda des mesures de richesse de combustion, jusqu'à observer une stabilisation de la richesse de combustion mesurée qui témoigne du fait que le nouveau carburant, contenant de l'essence, de l'éthanol et potentiellement de l'eau, est arrivé à l'injecteur. Une fois cette stabilisation obtenue, on acquiert au moyen de la sonde lambda des mesures 25 successives de richesse de combustion, à intervalles réguliers, et on en déduit des valeurs successives de teneur en éthanol dans le carburant, selon des calculs du ressort de l'homme du métier. La dernière valeur ainsi déterminée immédiatement avant l'arrêt du moteur est mémorisée dans le calculateur du véhicule. A titre d'exemple, cette valeur est 2970738 égale à 70 %. Au démarrage subséquent du moteur, ou, mieux, dès la mise sous tension du calculateur moteur du véhicule préalablement à ce démarrage, on acquiert au moyen du capteur de mesure de conductivité électrique du carburant une mesure de 5 la conductivité électrique et on en déduit une deuxième valeur de teneur en éthanol du carburant, par exemple égale à 86 %, par des calculs du ressort de l'homme du métier. On compare les deux valeurs de teneur en carburant ainsi obtenues. Ces valeurs étant divergentes, on détermine la teneur en eau du carburant par attribution ~o de la valeur prédéterminée associée au couple « 70 % - 86 % », au moyen du Tableau 1 ci-avant. On détermine ainsi que la teneur en eau du carburant est égale à 7%. A partir de cette information, un procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur selon l'invention prévoit le réglage de la quantité de carburant injecté 15 durant les phases de fonctionnement `à froid' et transitoires du moteur, pour tenir compte d'une présence importante d'eau dans le carburant et éviter les dysfonctionnements du moteur. Cette quantité de carburant injectée est déterminée par des calculs qui sont à la portée de l'homme du métier, dans la mesure où grâce à la présente invention, l'homme du métier dispose à présent d'une estimation précise et 20 fiable de la teneur en eau du carburant parvenant à l'injecteur. La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle s'était fixés. En particulier, elle propose un procédé et un dispositif pour la détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans un 25 moteur à combustion interne d'un véhicule, qui sont respectivement de mise en couvre et de constitution simples, et qui fournissent un outil efficace pour remédier aux problèmes de dysfonctionnement, notamment à froid, du moteur en présence d'une quantité d'eau importante dans le carburant. Ce procédé et ce dispositif ne requièrent en particulier pour leur mise en ceuvre que très peu de modifications des systèmes 30 actuels installés sur les véhicules, et ne sont par conséquent associés qu'à un faible coût additionnel. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans un moteur à combustion interne d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - détermination d'une première valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure de richesse de combustion, - détermination d'une deuxième valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure relevée par un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, - comparaison de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur, ~o - et, lorsque ladite première valeur est inférieure à ladite deuxième valeur, détermination de la teneur en eau du carburant par attribution d'une valeur de teneur en eau prédéterminée associée au couple constitué de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur de teneur en alcool. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de 15 richesse de combustion est réalisée en fonctionnement dit `à chaud' du moteur. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la mesure de richesse de combustion est réalisée au moyen d'une sonde lambda disposée en aval d'un collecteur d'échappement du véhicule. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 20 que la première valeur de teneur en alcool est déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée après introduction, dans un réservoir à carburant du véhicule, d'un nouveau volume de carburant, et après stabilisation de la richesse de combustion mesurée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 25 que le capteur de mesure de conductivité électrique du carburant est disposé à l'entrée d'un rail d'injection du moteur à combustion interne ou dans ledit rail. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première valeur de teneur en alcool est déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée immédiatement avant l'arrêt du moteur et estmémorisée, et que la deuxième valeur de teneur en alcool est déterminée immédiatement après le démarrage subséquent du moteur. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de mesure de richesse de combustion, - des moyens de détermination d'une première valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure de richesse de combustion relevée par lesdits moyens de mesure de richesse de combustion, - un capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, - des moyens de détermination d'une deuxième valeur de teneur en alcool du carburant à partir d'une mesure relevée par ledit capteur de mesure de conductivité électrique du carburant, des moyens de comparaison de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur et de détermination de la teneur en eau du carburant par attribution d'une valeur de teneur en eau prédéterminée associée au couple constitué de ladite première valeur et de ladite deuxième valeur de teneur en alcool. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mémorisation de la première valeur de teneur en alcool déterminée à partir d'une mesure de richesse de combustion réalisée immédiatement avant l'arrêt du moteur du véhicule. 9. Procédé de régulation du fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - détermination de la teneur en eau d'un carburant mixte alcool - essence dans le moteur par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, - réglage de la quantité de carburant injecté en fonction de la valeur de la teneur en eau ainsi déterminée. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape de réglage est mise en oeuvre au démarrage du véhicule et dans les périodes de fonctionnement dites `à froid' du moteur.30