Brevet FR3076903A1 — publié le 20190719

Description Titre de l'invention : Procédé de détermination de l'état thermo- dynamique du carburant dans un système de carburant [0001] L'invention concerne un procédé de détermination de l'état thermodynamique du carburant dans un système de carburant. En particulier, l'invention concerne un procédé qui peut être utilisé dans un système de carburant sous pression d'un véhicule électrique hybride, qui requiert une détection périodique des fuites. [0002] Un système de carburant peut contenir de la vapeur de carburant qui est habi- tuellement produite lors du remplissage du réservoir de carburant et de fonctionnement diurnes du moteur. Les régulations en matière d'émission imposent des diagnostics du système de contrôle des émissions d'un véhicule pour s'assurer qu'il n'y a pas de fuite et que la vapeur de carburant ne s'échappe pas dans l'atmosphère. Une telle détection des fuites est obligatoire pour chaque cycle de conduite (un cycle de conduite va d'un allumage au prochain allumage du véhicule et inclut l'état de stationnement du véhicule) dans certains pays dans lesquels les réglementations associées sont plus strictes. [0003] Il existe des méthodes pour détecter des fuites dans un réservoir de carburant. L'une d'entre elles concerne l'utilisation du Engine Off Natural Vacuum (EONV = vide naturel moteur arrêté) lorsque le moteur d'un véhicule est coupé. En particulier, un système de carburant peut être isolé au moment d'un événement d'arrêt du moteur. La pression dans un tel système de carburant augmentera si le réservoir est chauffé davantage, par exemple avec la chaleur résiduelle du moteur à combustion ou de la pompe à carburant, alors que le carburant liquide s'évapore. Au fur et à mesure que le réservoir de carburant refroidit, il se produit dans celui-ci un vide à mesure que les vapeurs de carburant se condensent en carburant liquide. La génération du vide est surveillée et les fuites sont identifiées sur la base du développement de vide attendu ou des taux attendus de développement de vide. [0004] Toutefois, dans certains véhicules, par exemple les véhicules électriques hybrides plug-in (PHEV), le temps de fonctionnement du moteur est limité. En fait, ces véhicules sont conçus pour parcourir une distance prédéterminée en mode entièrement électrique mais disposent d'un moteur à combustion interne et d'un réservoir de carburant liquide associé à bord pour prendre en charge les moments où le véhicule a dépassé sa capacité de fonctionnement entièrement électrique. Un système de carburant utilisé pour PHEV est toujours un système de carburant sous pression qui présente un risque de fuite plus élevé. Comme un PHEV présente la capacité de fonctionner en mode entièrement électrique pendant toute la durée de vie du véhicule, 2 il est en théorie possible que son moteur à combustion interne ne soit jamais utilisé. Par conséquent, le procédé de détection de fuites mentionné ci-dessus conçu pour un véhicule à carburant peut ne pas s'appliquer à un PHEV. [0005] D'autres solutions ont été identifiées pour traiter l'absence de vide naturel lors d'un événement d'arrêt du moteur, par exemple l'ajout d'une pompe à vide qui peut être incluse dans le module de vérification de fuites par évaporation (ELCM) qui crée un vide à travers un orifice de référence pour obtenir un vide de référence avec lequel est comparé le vide dans le réservoir de carburant mis sous vide. [0006] Néanmoins, ces solutions sont sujettes à erreur lorsqu'un carburant avec une tension de vapeur de Reid élevée (RVP) est présent dans le système de carburant. Par exemple, pour un test ELCM, la vapeur de carburant d'un carburant présentant une RVP élevée peut agir à l'encontre de l'aspiration du vide de la pompe ELCM, en provoquant une fausse défaillance lors du test ELCM. De plus, une telle pompe est apte à induire un vide ou une pression sur demande, mais aux dépens d'une consommation d'énergie supplémentaire et d'un nombre considérable de composants supplémentaires. [0007] Un objectif de la présente invention est de surmonter les inconvénients des solutions existantes telles que décrites ci-dessus et de fournir un procédé pour déterminer si une détection de fuite dans un système de carburant devrait être effectuée. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé pour déterminer si une fuite est présente dans un système de carburant sous pression pour une consommation et un coût réduit mais avec une précision améliorée lorsqu'un véhicule est arrêté. [0008] À cet effet, selon un aspect de l'invention, il est prévu un procédé de détermination de l'état thermodynamique du carburant dans un système de carburant monté à bord d'un véhicule, comprenant un réservoir de carburant sous pression et une connexion de ventilation refermable entre le réservoir et l'atmosphère, le procédé comprenant les étapes suivantes : - a) ouverture de la connexion de ventilation pour détendre la pression dans le réservoir pendant un temps d'ouverture Atl tout en surveillant la dérivée de la pression (dP/dt) ; - b) fermeture de la connexion de ventilation lorsque l'une des conditions suivantes est satisfaite : la dérivée de la pression (dP/dt) est inférieure à un seuil prédéterminé DP1 ou le temps d'ouverture Atl atteint une valeur prédéterminée ; - c) si la fermeture de la connexion de ventilation se produit lorsque le temps d'ouverture Atl atteint ladite valeur prédéterminée, la détermination que le carburant bout et l'arrêt du procédé ; - d) si la fermeture de la connexion de ventilation se produit lorsque la dérivée de la pression (dP/dt) est inférieure audit seuil DP1, la mesure d'une pression de réservoir initiale lors de la fermeture de la connexion de ventilation, la mesure de la pression 3 finale dans le réservoir après un temps de fermeture At2, le calcul de la variation de pression (API At2) ; - e) la comparaison de la variation de pression (API At2) avec un premier seuil PV1 ; - f) si la variation de pression (API At2) est inférieure au premier seuil PV1, la détermination que le carburant ne bout pas et l'arrêt du procédé. [0009] L'état thermodynamique du carburant signifie que le carburant bout ou ne bout pas. Autrement dit, lorsque le carburant bout, la volatilité du carburant est définie par une RVP élevée, par exemple supérieure à 69 kPa (10psi), l'augmentation de pression suivant la fermeture de la connexion de ventilation est importante et rapide. Dans un tel cas, l'équilibre de pression de vapeur est loin du niveau de pression de saturation lors de la fermeture de la conduite de ventilation et le test de détection de fuite ne peut pas être précis ; lorsque le carburant ne bout pas, la volatilité du carburant est définie par une RVP basse, par exemple inférieure à 69 kPa (10psi), et dans ce cas la pente de la pression est réduite et le niveau de pression de saturation est proche de l'équilibre à la fermeture de la conduite de ventilation, ce qui signifie que le test de détection de fuite peut être effectué et que le résultat sera plus précis. [0010] Ladite dérivée de la pression correspond à la variation de pression instantanée dans le réservoir de carburant. L'étape b) est effectuée jusqu'à ce que la dérivée de la pression mesurée (dP/dt) soit inférieure à un seuil prédéterminé DP1, de préférence inférieure à 100 Pa/s ; si la dérivée de la pression mesurée est toujours plus élevée que le seuil DP1 lorsque le temps d'ouverture Atl atteint une valeur prédéterminée, par exemple de 5s, la connexion de ventilation est fermée à cet instant. Il s'agit d'une étape préliminaire de détermination de l'état thermodynamique du carburant dans un réservoir de carburant parce que si la dérivée de la pression ne descend pas en dessous du seuil DP1, on peut déjà en déduire que le carburant bout et l'étape de détermination suivante n'a pas besoin d'être effectuée. [0011] Si, au cours de l'étape préliminaire, l'état thermodynamique du carburant ne peut pas être déterminé, ce qui signifie que la dérivée de la pression mesurée est inférieure au seuil DP1 lorsque le temps d'ouverture Atl atteint la valeur prédéterminée, d'autres étapes de détermination d), e), et f) devraient être effectuées. En pratique, afin de déterminer l'état thermodynamique du carburant, la valeur de la variation de pression (API At2) est comparée à un premier seuil PV1, par exemple 250Pa/s. Si la variation de pression mesurée est en dessous du seuil, le carburant ne bout pas ; si la variation de pression mesurée est au-dessus du seuil, le carburant bout. [0012] Ce procédé peut être appliqué facilement à un système de carburant sous pression sans pièces supplémentaires. Le test de détection de fuite est effectué uniquement lorsqu'il est établi que le carburant ne bout pas, ce qui réduit la consommation d'énergie du véhicule et statistiquement, rend le test de détection de fuite plus précis. 4 [0013] Le procédé de détermination de l'état thermodynamique du carburant dans un système de carburant peut comprendre en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, individuellement ou en combinaison : [0014] - Dans une variante, après l'étape e), si la variation de pression (API At2) est su- périeure au premier seuil PV1, on en conclut que le carburant bout et le procédé est arrêté. Ainsi, PV1 est le seul seuil pour déterminer l'état du carburant et aucun autre test n'est nécessaire. Il s'agit d'une manière simple de déterminer rapidement que le carburant ne bout pas. [0015] - Dans une autre variante, après l'étape e), si la variation de pression (API At2) est su- périeure au premier seuil PV1, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - g) comparaison de la variation de pression (API At2) avec un deuxième seuil PV2; - h) si la variation de pression (API At2) est supérieure au deuxième seuil PV2, on en conclut que le carburant bout et le procédé est arrêté ; - i) si la variation de pression (API At2) est inférieure au deuxième seuil PV2, répétition des étapes a), b), c) et d) un nombre N de fois, analyse de la variation de pression (API At2) après chaque répétition pour déterminer si le carburant bout. [0016] Dans cette variante, deux seuils, PV1 et PV2, sont utilisés pour déterminer l'état du carburant de manière très précise. En effet, lorsque la variation de pression (API At2) s'avère être comprise entre les deux seuils, il existe une incertitude relative à la détermination de l'état thermodynamique du carburant et l'étape i) de répétition peut être effectuée pour mieux observer le comportement du carburant et pour en déduire son état thermodynamique de manière plus fiable. [0017] - Le nombre N de fois est un nombre prédéterminé, par exemple 5. Une répétition du test montrera une réduction de l'augmentation de pression dans le cas d'une volatilité standard, ce qui améliore la détection. Si la variation de pression AP/At reste constante d'une mesure à l'autre, on peut savoir qu'il n'y a pratiquement aucun composant volatil dans le carburant et le test peut être arrêté. Le nombre de répétitions peut être modifié en fonction de différents paramètres à l'intérieur et/ou à l'extérieur du réservoir de carburant. [0018] - Le nombre N de fois est calculé en fonction des deux premières variations de pression (API At2). Par exemple, si les deux premières variations de pression sont toutes deux supérieures à un deuxième seuil PV2, par exemple 800Pa/s, on peut en déduire que le carburant bout et le test peut être arrêté. Dans ce cas, le nombre N de fois est de 2. [0019] - A l'étape d), la mesure de la pression finale dans le réservoir est effectuée lorsque l'une des conditions suivantes est satisfaite : la pression dans le réservoir atteint une valeur prédéterminée Pl, par exemple 5000Pa, ou le temps de fermeture At2 atteint une valeur prédéterminée, par exemple 300s. Suite à la mesure de la pression finale dans le réservoir, la variation de pression (API At2) peut être calculée. Cette solution peut rendre le processus de détermination plus rapide parce qu'il n'y a pas besoin d'attendre pendant une période de temps fixe, ce qui rend l'unité électronique centrale plus économique en termes de consommation d'énergie. [0020] - Le seuil prédéterminé DP1 est compris entre 5Pa/s et 50Pa/s, de préférence vaut Pa/s. [0021] - La valeur prédéterminée pour le temps d'ouverture Atl est comprise entre 2s et 10s, de préférence 5s. La variation de pression est mesurée au cours de l'ouverture de la connexion de ventilation et la connexion de ventilation est fermée après le temps fixé même si la pression à l'intérieur du réservoir n'est pas encore stabilisée. Si la pression n'est en effet pas stabilisée après le temps d'ouverture fixé Atl, on peut en déduire que le carburant bout, ce qui signifie que l'état thermodynamique du carburant est déterminé et qu'aucun test de détection de fuites ne doit être effectué. Cette solution rend l'unité centrale électronique encore plus économique en termes de consommation d'énergie. [0022] Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de déter- mination d'une fuite présente dans un système de carburant, comprenant les étapes suivantes : - j) mise en oeuvre du procédé de détermination de l'état thermodynamique du carburant dans le système de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, - k) mise en oeuvre d'un diagnostic de présence de fuites dans le système de carburant uniquement si le carburant ne bout pas. [0023] Un diagnostic de présence de fuites dans le système de carburant est plus précis lorsque le carburant ne bout pas. Ce procédé rend le diagnostic plus efficace, avec moins d'erreurs de mesure et un moindre coût énergétique. [0024] Le procédé de détermination d'une fuite présente dans un système de carburant peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, individuellement ou en combinaison : [0025] - Le procédé est mis en oeuvre lorsque le véhicule est arrêté depuis au moins deux heures de telle sorte qu'aucune chaleur résiduelle du moteur n'affectera les mesures. [0026] - Le procédé commence seulement si la pression relative à l'intérieur du réservoir est comprise entre 1500Pa et 10000Pa. Si la pression relative à l'intérieur du réservoir est supérieure au seuil, l'état thermodynamique du carburant n'a pas besoin d'être déterminé. En effet, dans ce cas, on peut être déjà sûr qu'il n'y a pas de fuite dans le système de carburant. Cette étape préliminaire indique si les étapes suivantes devraient être effectuées, ce qui rend l'unité centrale électronique plus économique en termes de consommation d'énergie. Si la pression relative à l'intérieur du réservoir est en dessous 6 de 1500 Pa, il est peu probable que le carburant bout et le procédé de détermination de fuites peut être commencé directement. [0027] - Le procédé commence seulement si la température à l'intérieur du réservoir reste en dessous d'un seuil Ti, par exemple 29°C. En effet, en dessous de la valeur seuil, on sait déjà que le système ne peut pas bouillir à la pression atmosphérique standard. [0028] Les dessins d'accompagnement sont utilisés pour illustrer des modes de réalisation actuellement préférés non limitatifs, à titre d'exemple, de la présente invention. Les avantages ci-dessus ainsi que d'autres, des caractéristiques et objectifs de l'invention apparaîtront plus clairement et l'invention sera mieux comprise à partir de la description détaillée suivante, lue en association les dessins d'accompagnement, dans lesquels : [fig.1][Fig. 11 La figure 1 est une vue schématique d'un réservoir de carburant relié à un conduit d'entrée, une unité de commande électronique et un conduit de sortie ; [fig.21[Fig. 21 La figure 2 est un graphe illustrant un exemple d'augmentation de pression après la première détente de pression ; [fig.31[Fig. 31 La figure 3 est un schéma d'algorithme illustrant un mode de réalisation du procédé de détermination ; [fig.41[Fig. 41 La figure 4 est un schéma d'algorithme illustrant un autre mode de réalisation du procédé de détermination. [0029] La figure 1 illustre un réservoir de carburant 1 contenant une quantité de carburant et différents capteurs, tels qu'un capteur de volume 2, un capteur de température 3 et un capteur de pression 4. Le capteur de volume 2 et le capteur de température 3 sont reliés à une unité de commande électronique (ECU) 5 qui est placée à l'extérieur du réservoir. Le réservoir 1 comprend un conduit de remplissage 6 qui présente une ouverture d'entrée de carburant 7 et un conduit de décharge 8 dans lequel sont disposées une première soupape 9 qui est une connexion de ventilation refermable entre le réservoir et l'atmosphère, une cartouche 10 configurée pour absorber les impuretés dans la capture de carburant la vapeur de carburant et empêcher leur libération dans l'atmosphère, et une deuxième soupape 11. Le capteur de pression 4 est également relié à l'unité de commande électronique qui commande l'ouverture et la fermeture de la première soupape 9 et de la deuxième soupape 11. [0030] Si l'on se réfère à un premier mode de réalisation du procédé de détermination tel qu'illustré dans le schéma d'algorithme de la figure 3, avant de commencer une détection de fuites de carburant, plusieurs conditions devraient être satisfaites afin 7 d'obtenir des mesures plus précises et d'éviter un coût énergétique inutile. Ces conditions pourraient être les suivantes : le temps d'arrêt du véhicule, la pression relative à l'intérieur du réservoir et/ou la température intérieure du réservoir, etc. Une fois que ces conditions sont satisfaites, la connexion de ventilation avec l'atmosphère, qui est fermée au départ, est ouverte pour détendre la pression dans le réservoir pendant un temps d'ouverture Atl. [0031] La dérivée de la pression et le temps d'ouverture écoulé sont surveillés. Deux pos- sibilités peuvent se présenter : si la dérivée de la pression est toujours plus élevée qu'un seuil DP1 même si le temps d'ouverture écoulé atteint la valeur prédéterminée, cela signifie que le carburant bout et la détection de fuite n'a pas besoin d'être effectuée après la fermeture de la connexion de ventilation ; si, pendant la période de temps prédéterminée, la dérivée de la pression chute en dessous d'un seuil DP1, la connexion de ventilation est fermée et l'on peut savoir que l'état thermostatique du carburant peut satisfaire les conditions d'un test de détection de fuites. Dans ce cas, une pression initiale dans le réservoir est mesurée lors de la fermeture de la connexion de ventilation. Après un temps de fermeture prédéterminé At2, la pression finale dans le réservoir est également mesurée pour calculer la variation de pression (AP/ At2). [0032] Dans une étape d'analyse, la variation de pression (AP/ At2) est comparée à un premier seuil PV1, si la variation de pression (AP/ At2) est inférieure au premier seuil PV1, on en conclut que le carburant ne bout pas, ce qui signifie que le carburant est dans un bon état pour une détection de fuite. La figure 2 illustre un exemple de deux possibilités d'augmentation de pression après la première détente de pression : la courbe A illustre la position de la connexion de ventilation (fermée/ouverte), la courbe B illustre la variation de pression d'un carburant qui bout et la courbe C illustre la variation de pression d'un carburant qui ne bout pas. [0033] Si l'on se réfère à présent à un deuxième mode de réalisation du procédé de déter- mination tel qu'illustré dans le schéma d'algorithme de la figure 4, le procédé est identique au premier mode de réalisation jusqu'à l'étape de fermeture de la connexion de ventilation après la première détente de pression. La particularité de ce mode de réalisation est qu'aucun temps de fermeture prédéterminé n'est fourni et la mesure de la pression finale dans le réservoir est effectuée lorsque l'une des conditions suivantes est satisfaite : la pression dans le réservoir atteint une valeur prédéterminée P1 ou le temps de fermeture At2 atteint une valeur prédéterminée. Même si deux carburants différents ne peuvent plus être comparés l'un à l'autre dans un schéma tel qu'illustré dans la figure 2 (dans la mesure où le temps de fermeture peut varier d'un carburant à l'autre), la variation de pression de chaque carburant peut encore être calculée sur la base de la pression initiale, de la pression finale et du temps de fermeture mesuré. Cette valeur est ensuite comparée au premier seuil PV1 comme dans le mode de réalisation précédent, 8 pour déterminer l'état thermostatique du carburant. [0034] Lorsque la première variation de pression mesurée est supérieure au premier seuil PV1 mais inférieure à un deuxième seuil PV2, une répétition de la séquence d'ouverture-fermeture de la connexion de ventilation peut être considérée afin de d'observer la variation de pression de chaque processus répété et donc de déterminer si le carburant bout. [0035] Le tableau ci-dessous illustre une comparaison entre deux carburants 1 et 2. Une valeur prédéterminée P1 a été fixée à 5000Pa et pour chaque répétition, la connexion de ventilation est fermée seulement lorsque la pression à l'intérieur du réservoir atteint cette valeur. Pour le carburant 1, le temps nécessaire pour atteindre la valeur P1 est de 1 seconde à la première répétition, de 2 secondes à la deuxième répétition et de 2 secondes à la troisième répétition. On peut observer que la pression augmente très rapidement pour atteindre la valeur prédéterminée. Il est facile d'en déduire que le carburant bout et que le test peut être arrêté. Ce procédé est très fiable parce que le résultat correspond à la RVP du carburant 1 qui est de 90kPa (13psi). Cette valeur est supérieure à 69kPa (10psi) et l'on considère que le carburant bout, selon la définition au début de la présente demande. [Tableaux l] Temps d'augmentation de 5000Pa(sec) RVP(k Pa) Litres de carburant P. int. avant test (Pa) Charge de la cartouche (g) lere fois 2e fois 3e fois Carburant 1 90 27 119 74 1 2 2 Carburant 2 55 27 16 11 60 286 413 [0036] En ce qui concerne le carburant 2, la même valeur prédéterminée de la pression P1 a été fixée et le temps pour atteindre cette valeur P1 est beaucoup plus long à chaque répétition (60 secondes pour la première fois, 286 secondes pour la deuxième fois et 413 secondes pour la troisième fois). Ceci montre qu'il n'y a pratiquement pas de composés volatiles dans le carburant 2 et qu'il ne bout pas. Cette observation est également confirmée par la RVP du carburant 2 qui est de 55kPa (8,3 psi) (c'est-à-dire inférieure à 10 psi ou 69 kPa). [0037] Un procédé pour déterminer une fuite présente dans un système de carburant (non illustré) est également amélioré avec une étape préliminaire de mise en oeuvre du procédé pour déterminer l'état thermodynamique du carburant dans le système de carburant comme décrit ci-dessus. Par conséquent, le diagnostic tel que mentionné ci- 9 dessus ou un autre diagnostic qui est décrit dans la demande européenne N° 17305638.3 pour établir la présence de fuites dans le système de carburant est seulement commencé si le carburant ne bout pas, ce qui permet d'obtenir des résultats plus précis et d'éviter une consommation d'énergie inutile. 10 [Revendication 11 [Revendication 21 [Revendication 31