FR2799238A1 - Procede de generation d'un reservoir de charbon actif - Google Patents
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Abstract
La régénération d'un réservoir de charbon actif (13) disposé dans la ventilation du réservoir de carburant (4) d'un moteur à combustion interne (1) et qui adsorbe les hydrocarbures gazeux présents dans le réservoir de carburant, est exécutée pour un type de fonctionnement du moteur, par un flux de balayage, comportant des hydrocarbures provenant du réservoir de charbon actif (13), dans un trajet d'admission (2) du moteur, et en l'envoyant ainsi à la chambre de combustion.On analyse un signal comme mesure de débit massique d'hydrocarbures du flux de balayage pour déterminer un degré de charge du réservoir de charbon actif.L'état de fonctionnement est un régime de ralenti dans lequel le moteur fonctionne sans régulation lambda et c'est le débit réduit de carburant qu'un régulateur de ralenti (21) prend en considération pour la commande du moteur qui est utilisé en tant que signal, afin de compenser le débit massique d'hydrocarbures envoyé à la combustion avec le flux de balayage.
Description
L'invention concerne un procédé de régénération d'un réservoir de charbon
actif qui est disposé dans la ventilation du réservoir de carburant d'un moteur à combustion interne et qui adsorbe les hydrocarbures gazeux présents dans le réservoir de carburant, selon lequel, dans un état sélectionné de fonctionnement du moteur à combustion interne, la régénération du réservoir de charbon actif est exécutée en introduisant un flux de balayage, comportant des hydrocarbures provenant du réservoir de charbon actif, dans un trajet d'admission du moteur à combustion interne en aval d'un organe d'étranglement situé dans le trajet d'admission, et en l'envoyant ainsi à la chambre de combustion, tandis qu'il est procédé à l'analyse d'un signal d'écart qui est utilisé comme mesure pour le débit massique d'hydrocarbures contenus dans le flux de balayage et à partir duquel un degré de charge du réservoir de charbon
actif est déterminé.
Du fait de la pression de vapeur, outre le carburant liquide, du carburant gazeux se présente également en permanence dans le réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Etant donné que le réservoir de carburant doit comporter une ouverture de ventilation pour l'égalisation de pression, des hydrocarbures se dégagent en permanence dans l'atmosphère sous l'effet de l'évaporation du carburant, cet effet croissant avec la température du carburant. L'utilisation de réservoirs de charbon actif, qui sont montés dans la conduite de ventilation et adsorbent des hydrocarbures évaporés provenant du réservoir de carburant, permet d'éviter de telles émissions de carburant, ce qui est nécessaire pour respecter les prescriptions réglementaires concernant les
pertes par évaporation.
Ainsi, le réservoir de carburant ne fait l'objet d'une ventilation que par l'intermédiaire d'un réservoir de charbon actif. Du fait de la capacité volumique limitée en charbon actif, ce réservoir de charbon actif, plus précisément le charbon actif qui y est contenu, doit être régénéré. A cet effet, lorsque le moteur tourne, de l'air est aspiré à partir du milieu environnant en traversant le réservoir de charbon actif, est introduit par une conduite de régénération dans le trajet d'admission et est ainsi envoyé au moteur en vue de la combustion. La dépression régnant dans le trajet d'admission est alors utilisée pour aspirer l'air par la conduite de régénération. Pour maintenir dans ce cas les émissions de gaz d'échappement dans des limites voulues et ne pas influer d'une manière négative sur les propriétés de marche du moteur, il convient de procéder à une introduction volontaire, dans le trajet d'admission du moteur, de l'air qui est aspiré à travers le réservoir de charbon actif et est enrichi en hydrocarbures dans celui-ci, et de corriger l'apport dosé normal de carburant, par exemple au moyen d'une correction d'injection. Par DE 197 01 353 Cl qui est pris en considération pour le type générique de procédé défini en introduction, il est connu d'obtenir une telle correction d'injection au moyen de la régulation lambda qui existe de toute façon dans le cas d'un moteur à combustion
interne pourvu d'un catalyseur à trois voies.
A cet effet, un système approprié commande une valve de régénération qui est montée dans la conduite de régénération. Une ouverture appropriée de la valve de régénération permet de régler le flux de balayage qui est aspiré à travers le réservoir de charbon actif et introduit dans le trajet d'admission. Dans ce cas, le débit massique de balayage est une fonction de la section transversale d'ouverture que libère la valve de régénération, de la différence de pression entre le trajet d'admission et le milieu environnant et de la
température du flux de balayage.
Enfin, ce n'est pas le flux de balayage qui présente une importance décisive, mais le débit massique d'hydrocarbures qui est introduit. Celuici résulte du débit massique de balayage et de la concentration des hydrocarbures dans le flux de balayage. Cette concentration est finalement déterminée au moyen du degré
de charge du réservoir de charbon actif.
Conformément à DE 197 01 353 Cl, le fonctionnement normal à lambda = 1 est assuré au moyen d'une régulation lambda. A partir de l'écart vis-à- vis de la valeur d'accord du régulateur lambda, il est possible d'obtenir une mesure correspondant au débit massique d'hydrocarbures introduit dans le trajet d'admission lors de la régénération et en même temps, connaissant le flux de balayage, une mesure correspondant au degré de charge
du réservoir de charbon actif.
Par conséquent, dans le cas de moteurs à combustion interne qui ne fonctionnent pas avec une régulation lambda ou dont le signal lambda n'est pas formé avec une résolution suffisante (ce qui, pour des moteurs fonctionnant en mélange pauvre, est par exemple le cas en mode de régime pauvre à charge stratifiée), cette manière
de procéder n'est pas réalisable.
C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un procédé de régénération d'un réservoir de charbon actif chargé en hydrocarbures dans le cas duquel la régénération puisse avoir lieu indépendamment d'une
régulation lambda.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que l'état sélectionné de fonctionnement est un régime de ralenti dans lequel le moteur à combustion interne fonctionne sans régulation lambda et c'est le débit réduit de carburant qu'un régulateur de ralenti prend en considération pour la commande du moteur à combustion interne qui est utilisé en tant que signal d'écart, afin de compenser le débit massique d'hydrocarbures envoyé à
la combustion avec le flux de balayage.
Ainsi, conformément à l'invention, la régénération a lieu en régime de ralenti du moteur, lorsque celui-ci fonctionne sans régulation lambda, par exemple dans un mode de fonctionnement en mélange pauvre à charge stratifiée. Dans ce cas, au moyen d'un régulateur de ralenti basé sur le couple, le ralenti est maintenu constant pendant un accroissement en forme de pente du flux de balayage. Le régulateur de ralenti répond au débit massique d'hydrocarbures envoyé avec le flux de balayage par une réduction du débit massique de carburant qui est envoyé au moteur, par exemple injecté directement, dans le mode de fonctionnement en mélange pauvre à charge stratifiée. Le débit réduit de carburant qu'on obtient ainsi constitue une mesure pour le débit
massique d'hydrocarbures.
Toutefois, le débit massique d'hydrocarbures envoyé n'entraîne pas exclusivement un couple accroissant la vitesse de rotation. Une partie des hydrocarbures envoyés par la régénération entraîne une augmentation de température dans le trajet d'admission ou se retrouve dans des émissions accrues d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement. Cette division en deux parties de l'effet des hydrocarbures envoyés avec le flux de balayage confère au procédé une robustesse supplémentaire, étant donné qu'ainsi, le débit réduit de carburant devant être pris en considération par le régulateur de ralenti est plus faible que le débit d'hydrocarbures introduit avec le flux de balayage. C'est pourquoi cette situation est de préférence exprimée dans une table caractéristique prévue au moyen de laquelle a lieu l'association du débit
réduit de carburant au débit massique d'hydrocarbures.
Si, de cette manière, on a connaissance du débit massique d'hydrocarbures, il est possible d'obtenir, avec le débit massique total du flux de balayage, le degré de charge du réservoir de charbon actif en formant le quotient du débit massique d'hydrocarbures et du débit massique du flux de balayage. Ce dernier s'obtient en fonction de la dépression dans le collecteur d'admission et de l'ouverture de la valve de régénération qui est disposée entre le réservoir de charbon actif et le trajet d'admission et qui est commutée d'une manière appropriée,
afin de régler le flux de balayage.
Si le degré de charge du réservoir de charbon actif est connu, il est alors possible, en des points choisis de fonctionnement du moteur, d'envoyer volontairement un débit massique d'hydrocarbures au processus de combustion et d'en tenir compte d'une manière appropriée lors de
l'apport dosé normal de carburant (injection).
Grâce à la stabilité très élevée du régulateur de ralenti et du fait que les hydrocarbures entraînent uniquement en partie un couple de rotation, le procédé conforme à l'invention a, dans le mode de fonctionnement en mélange pauvre et à charge stratifiée, l'avantage que ce ne sont pas des conditions si élevées qui sont imposées à la précision de la valve de régénération lorsque le flux de balayage doit, d'une manière connue,
être augmenté selon une pente.
Enfin, ce n'est qu'avec le procédé conforme à l'invention qu'est possible une détermination du degré de charge du réservoir de charbon actif dans des phases de fonctionnement pendant lesquelles ni une régulation lambda n'est présente, ni le signal lambda ne permet de tirer une conclusion suffisamment exacte concernant le débit massique d'hydrocarbures envoyé avec le flux de balayage. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le débit massique total du flux de balayage est déterminé en fonction de la dépression dans le trajet d'admission et du degré d'ouverture d'une valve de régénération commutant l'introduction du flux de balayage dans le trajet d'admission et le degré de charge est établi au moyen du quotient du débit massique d'hydrocarbures et du débit massique total du flux de balayage, - la relation entre le débit réduit de carburant et le débit massique d'hydrocarbures est extraite d'une table caractéristique dépendant de paramètres de fonctionnement, - le flux de balayage est augmenté d'une manière continue, - le flux de balayage est commandé au moyen d'ouvertures et fermetures répétées d'une valve de régénération commutant l'introduction du flux de balayage dans le trajet d'admission, le rapport cyclique de ces ouvertures et fermetures répétées étant augmenté en vue
de l'augmentation constante du flux de balayage.
L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'un exemple de réalisation et en regard des dessins. Aux dessins, on voit: à la figure 1, un schéma-bloc d'un moteur à combustion interne comportant un réservoir de carburant, un réservoir de charbon actif et un dispositif nécessaire à la régénération, à la figure 2, des variations dans le temps de la commande d'une valve de régénération et du débit massique de carburant dont un régulateur de ralenti tient compte pendant le régime de ralenti, pour le fonctionnement du moteur à combustion interne en mode de fonctionnement en mélange pauvre et à charge stratifiée et, à la figure 3, la variation dans le temps de la commande de la valve de régénération de la figure 2 avec le signal lambda dans le cas d'un circuit de régulation
lambda conforme à l'état de la technique.
La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne 1 qui comporte un trajet d'admission 2 dans lequel du carburant est injecté au moyen d'injecteurs 5 qui sont alimentés en carburant par une rampe d'injection 6. Il est prévu, disposés dans le trajet d'admission 2, un papillon des gaz 18 et, en amont de celui-ci, un débitmètre de débit massique d'air 19 dans lequel de l'air d'admission est envoyé en passant
par une ouverture d'admission 20.
La rampe d'injection 6 est alimentée en carburant au moyen d'une conduite de carburant 7 qui est alimentée à partir d'un module de pompe 8. Le module de pompe 8 est placé dans un réservoir de carburant 4 qui peut être rempli par une tubulure 11. Du carburant 10 est contenu dans ce réservoir 4. Le volume du réservoir 4 qui est situé au-dessus du carburant est rempli de vapeurs de carburant 9. Le réservoir 4 communique en outre avec le milieu environnant par une conduite de ventilation de réservoir de carburant 12 qui débouche dans une tubulure de ventilation 14, de sorte qu'une égalisation de
pression peut avoir lieu.
Un réservoir de charbon actif 13, dans lequel est contenu un matériau du type charbon actif adsorbant les hydrocarbures, est monté dans la conduite de ventilation de réservoir de carburant 12. Cela donne l'assurance qu'à partir de la conduite de ventilation 12, des hydrocarbures ne peuvent pas être envoyés à la tubulure de ventilation 14, étant donné que les hydrocarbures sont adsorbés dans le matériau du type charbon actif. Le réservoir de charbon actif 13 est relié par une conduite de régénération 15 au trajet d'admission 2 du moteur, cette conduite de régénération 15 débouchant dans le trajet d'admission 2 entre le moteur 1 et le papillon des gaz 18. Il est prévu, montée dans la conduite de régénération 15, une valve de régénération 16 qui est actionnée par un organe de réglage 17. Cette valve de régénération 16 est également appelée valve de ventilation de réservoir de carburant. Un appareil de commande 21 est relié, par des lignes ne portant pas de repère particulier, au débitmètre de débit massique d'air 19, au papillon des gaz 18, aux injecteurs 5 et à l'organe de réglage 17 de la valve de régénération 16, ainsi qu'à une sonde lambda 22 disposée dans le trajet d'échappement 3 du moteur 1, et, au moyen de ces lignes, il lit des valeurs de mesure correspondantes ou commande
les éléments constitutifs correspondants.
Le réservoir de charbon actif 13 adsorbe les vapeurs de carburant. Pour empêcher qu'un passage d'hydrocarbures vers la tubulure de ventilation 14 ait lieu lorsque le réservoir de charbon actif 13 est complètement chargé, ce réservoir 13 est régénéré pendant le fonctionnement du moteur. A cet effet, grâce à une commutation de la valve de régénération, il est produit, dans la conduite de régénération 15, un flux de balayage qui passe de la tubulure de ventilation 14 jusque dans le trajet d'admission 2 en traversant le réservoir de charbon actif 13. A cette occasion, on utilise la dépression régnant dans le trajet d'admission 2 et on provoque le flux de balayage au moyen de cette dépression. Etant donné que le flux de balayage passant dans la conduite de régénération 14 contient des hydrocarbures, il se produit, lors du balayage, une introduction d'hydrocarbures dans le débit massique d'air aspiré par le moteur 1 au moyen du trajet
d'admission 2.
D'une manière connue, ainsi que cela est exposé ci-
après en regard de la figure 3, il est tenu compte de cette introduction d'hydrocarbures dans le cas d'un moteur à combustion interne qui fonctionne avec une régulation lambda: La variation dans le temps de la partie supérieure de la figure 3 représente, par la courbe 25, l'ouverture à croissance étagée de la valve de régénération 16. Dans cette variation dans le temps, le degré d'ouverture R est porté en fonction du temps t. La variation dans le temps de la partie inférieure de la figure 3 représente une grandeur de régulation L, obtenue à partir du signal de la sonde lambda 22 dans la régulation lambda, portée en fonction du temps t. Ainsi que le montre la courbe 26, la grandeur de régulation L exécute une oscillation autour d'une valeur de consigne Ls. Toutefois, pour simplifier la représentation, à partir de l'instant tO de la figure 3, seule la valeur moyenne de la grandeur de régulation L, tracée en ligne en trait continu, est représentée à la courbe 27. A l'instant tO, la valve de régénération 16 est ouverte avec une croissance étagée, ainsi que le montre la courbe 25. La variation dans le temps de la
grandeur de régulation L répond par un écart vers le bas.
Si, à l'instant tl, un écart de régulation admissible maximal, qui vaut 5% dans l'exemple de la figure 3, est atteint, l'injection dans le moteur 1 au moyen des injecteurs 5 est corrigée d'une manière appropriée par la régulation lambda effectuée au moyen de l'appareil de commande 21, de sorte que la grandeur de régulation L est de nouveau ramenée à la valeur de consigne Ls. Il s'agit là de la première dent de la courbe 27 qui est dirigée vers le haut. L'écart de régulation fait l'objet d'une intégration du fait que les cycles de régulation qui suivent alors, lors de chacun desquels, à chaque instant respectif t2, t3, une fois qu'un écart de régulation admissible maximal est atteint ou une fois qu'une durée déterminée s'est écoulée, la grandeur de régulation L est revenue à la valeur de consigne Ls. Ainsi, à l'instant t4 auquel l'ouverture à croissance étagée de la valve de régénération 16 est terminée, la valeur totale de l'écart de la grandeur de régulation L qui a été créé par le flux de balayage est connue. Cette valeur totale constitue une mesure pour le débit massique d'hydrocarbures et permet par conséquent le calcul du degré de charge. Bien entendu, il est également possible, à chaque instant, de fixer le débit massique d'hydrocarbures en fonction de l'écart chaque fois intégré de la grandeur de régulation L par rapport à la valeur de consigne Ls, ce qui permet de déterminer à chaque instant le degré de charge si le débit massique total du flux de balayage est connu. Il est toutefois possible de déterminer celui-ci d'une manière simple à partir du degré d'ouverture R de la valve de régénération 16, de la dépression dans le trajet
d'admission 2 et de la température du flux de balayage.
En tout état de cause, ce procédé, connu par DE 197 01 353 Cl ne convient que lorsque le moteur à combustion interne est en mode de fonctionnement à régulation lambda ou lorsque la résolution de la grandeur de régulation L ou du signal de la sonde lambda 22 sur lequel celle-ci est basée permet une détermination
suffisamment précise du débit massique d'hydrocarbures.
En revanche, ces conditions imposées ne sont pas respectées dans le cas d'un fonctionnement en mélange pauvre d'un moteur, notamment un fonctionnement en
mélange pauvre et à charge stratifiée.
Toutefois, pour pouvoir déterminer le degré de charge du réservoir de charbon actif 13 également lors d'un fonctionnement en mélange pauvre du moteur à combustion interne 1, il est procédé de la manière qui suit: Ainsi qu'on peut le voir sur la courbe 23 de la figure 2, la valve de régénération 16 est ouverte d'une manière étagée, de la façon indiquée cidessus. On utilise maintenant, comme mesure correspondant au débit massique d'hydrocarbures qui est introduit par la conduite de régénération 15 avec le flux de balayage dans le trajet d'admission 2, le débit massique de carburant K, représenté par la courbe 24, qui est réglé par un régulateur de ralenti basé sur le couple, qui peut par exemple être réalisé dans l'appareil de commande 21, pour le fonctionnement du moteur au ralenti. Dans la présente forme de réalisation, ce régulateur de ralenti est donc basé sur le débit massique de carburant. Ainsi que le montre la variation dans le temps de la courbe 24, à partir de l'instant tO auquel la valve de régénération 16 est ouverte avec une croissance étagée, le débit massique de carburant K que le régulateur de ralenti envoie d'une manière dosée au moteur 1 par les injecteurs 5 commence de décroître. La réduction maximale dK du débit massique de carburant est atteinte à l'instant tl. Ceci signifie que c'est à cet instant tl que le débit massique maximal lZ d'hydrocarbures est envoyé avec le flux de balayage. Sous l'effet de l'opération de décharge du réservoir de charbon actif 13, cette réduction du débit massique de
carburant recommence alors de diminuer.
La réduction de débit massique de carburant dK peut alors être utilisée pour déterminer le débit massique d'hydrocarbures qui est envoyé avec le flux de balayage à la combustion et, à partir de celui-ci, le degré de charge du réservoir de charbon actif 13. Il convient toutefois de tenir compte à cette occasion du fait que c'est seulement une partie déterminée du débit massique d'hydrocarbures qui entraîne un couple qui provoquerait un accroissement de vitesse de rotation si le régulateur de ralenti ne réduisait pas d'une manière appropriée, de la valeur dK, le débit massique de carburant K. Une partie du débit massique d'hydrocarbures exprime sa présence sous forme d'une émission accrue d'hydrocarbures dans le trajet d'échappement 3 et d'un accroissement de température. C'est pourquoi la réduction de débit massique de carburant dK, qui est intégrée par rapport au temps t, est transformée par le calcul, au moyen d'une table caractéristique, en un débit massique d'hydrocarbures. Bien entendu, de préférence, cette table caractéristique n'est pas uniquement basée sur la réduction de débit massique de carburant dK, mais également sur d'autres grandeurs de fonctionnement du moteur, par exemple le débit massique de carburant, le débit massique d'air aspiré ou la vitesse de rotation. La table caractéristique est déterminée initialement sur un
banc d'essais et peut alors être mise en oeuvre.
L'accroissement en forme de pente du degré d'ouverture R de la valve de régénération 16, tel qu'il est représenté aux courbes 23 et 25, peut par exemple être obtenu au moyen d' ouvertures et fermetures répétées de la valve de régénération avec un accroissement progressif du rapport cyclique; toutefois, seul présente une importance décisive le fait que le flux de balayage
croît, et non pas l'accroissement du degré d'ouverture.
Dans cette mesure, il est également possible d'imaginer de prendre d'autres mesures accroissant le flux de balayage, par exemple la variation de la dépression dans5 le trajet d'admission 2 ou l'utilisation d'une valve proportionnelle.
Claims (5)
1. Procédé de régénération d'un réservoir de charbon actif (13) qui est disposé dans la ventilation du réservoir de carburant (4) d'un moteur à combustion interne (1) et qui adsorbe les hydrocarbures gazeux présents dans le réservoir de carburant, selon lequel, a) dans un état sélectionné de fonctionnement du moteur à combustion interne, la régénération du réservoir de charbon actif (13) est exécutée b) en introduisant un flux de balayage, comportant des hydrocarbures provenant du réservoir de charbon actif (13), dans un trajet d'admission (2) du moteur à combustion interne (1) en aval d'un organe d'étranglement (18) situé dans le trajet d'admission (2), et en l'envoyant ainsi à la chambre de combustion, c) tandis qu'il est procédé à l'analyse d'un signal d'écart qui est utilisé comme mesure pour le débit massique d'hydrocarbures contenus dans le flux de balayage et à partir duquel un degré de charge du réservoir de charbon actif (13) est déterminé, caractérisé d) en ce que l'état sélectionné de fonctionnement est un régime de ralenti dans lequel le moteur à combustion interne (1) fonctionne sans régulation lambda et e) c'est le débit réduit de carburant qu'un régulateur de ralenti (21) prend en considération pour la commande du moteur à combustion interne (1) qui est utilisé en tant que signal d'écart, afin de compenser le débit massique d'hydrocarbures envoyé à la combustion
avec le flux de balayage.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le débit massique total du flux de balayage est déterminé en fonction de la dépression dans le trajet d'admission (2) et du degré d'ouverture d'une valve de régénération (16) commutant l'introduction du flux de balayage dans le trajet d'admission (2) et en ce que le degré de charge est établi au moyen du quotient du débit massique d'hydrocarbures et du débit massique total du
flux de balayage.
3. Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la relation
entre le débit réduit de carburant et le débit massique d'hydrocarbures est extraite d'une table caractéristique
dépendant de paramètres de fonctionnement.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de balayage est augmenté d'une manière continue.
5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le flux de balayage est commandé au moyen d'ouvertures et fermetures répétées d'une valve de régénération (16) commutant l'introduction du flux de balayage dans le trajet d'admission (2), le rapport cyclique de ces ouvertures et fermetures répétées étant augmenté en vue de l'augmentation constante du flux de balayage.
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