Innovation créatrice de nouvelles compétences
Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités
Oui
Phase de développement de l'innovation
Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création
Date de mise à jour

En bref

L'arrivée de normes antipollution plus exigeantes, la grande disparité des qualités de carburant à travers le monde et les différentes stratégies régionales visant à diminuer la dépendance au pétrole, génèrent des contraintes sur le produit fini qu'est le carburant automobile. On peut penser par exemple au biodiesel provenant des sources d'esters les plus diverses tout comme le carburant contenant de l'alcool (éthanol, E 10+).

D'ailleurs, le taux de variabilité de la composition moléculaire d'un carburant peut atteindre 70%.

Mais ces variations ne sont pas sans conséquences sur la gestion des commandes du moteur et sur ses composants ainsi que sur les polluants qui seront rejetés. Ce type de capteur permet de connaitre avec précision la qualité du carburant.

Innovation créatrice de nouvelles compétences
Oui
Innovation génératrice de nouvelles activités
Oui
Phase de développement de l'innovation
Commercialisé depuis plusieurs années

Date de création
Date de mise à jour

Description détaillée

Depuis 2005 a été mis sur pied un consortium pour développer un capteur miniaturisé de qualité de carburant. Celui-ci est le fruit d'une miniaturisation d'un procédé qui a été initié dans les années 1970 par l'industrie pétrolière (notamment BP). Les concepteurs ont réussi à passer d'un capteur de 1,8 m de haut pour un prix unitaire entre 500 k€ et 1 M€ à une dizaine de centimètres pour un prix entre 30 et 50 euros.

Les deux principaux maîtres du projet sont la société SP3 qui a développé le procédé et les capteurs prototypes, et Continental qui a coordonné le consortium dénommé IQ FUEL. Mais d'autres équipementiers et constructeurs automobiles sont intégrés dans le processus (en tout, quatre industriels, cinq centres de recherche et deux PME, représentant la recherche, la production et l'utilisateur final). La société SP3 fait en effet reposer son processus industriel sur la maîtrise des brevets et sur un partenariat avec des équipementiers mondiaux. L'innovation développée par SP3 (région d'Aix) a reçu le Grand Prix 2011 du concours de la Jeune Entreprise Éco-Innovante de Cleantech Republic. 

Les objectifs de ce projet étaient d'optimiser :
• L'injection de carburant.
• Le rendement.
• La conduite.
• La réduction de la consommation.
• La réduction des émissions polluantes.

Au final, il permet près de 5% de gain de consommation et réduit de près de 25%  les émissions polluantes (HC, NOx, CO).

La technologie d'analyse interne s'appuie sur la spectrométrie proche infrarouge (NIR pour Near InfraRed). Un faisceau de lumière (proche de l'infrarouge) va traverser le carburant. Selon la teneur et donc les molécules des éléments qui le composent (environ 1000), le résultat sera différent. Il peut même détecter l'eau, le souffre, les additifs et d'autres impuretés. Ce capteur est adapté pour fonctionner sur tous les types de carburants. On peut donc l'utiliser dans un système essence ou diesel.

La percée la plus significative de ce capteur est dans les applications "flexfuel" ou encore dans les véhicules avec un marché contenant beaucoup de bioéthanol E-85. On le trouve, dans ce cas, souvent nommé "Capteur flexfuel E85".

Ce capteur peut se rencontrer en première monte ou en kit de seconde monte sur presque tous les modèles pour un ordre de prix moyen 200 à 350 euros (kit comprenant le capteur est un calculateur de gestion).

Une gestion moteur équipée de ce capteur et dotée d'une panoplie de logiciels internes permet de protéger le moteur et ses éléments et d'améliorer la gestion optimisée et adaptative de la commande du moteur.

Il faut savoir que dès que l'on dépasse 10 % de bio dans un carburant ou que vous avez un moteur utilisant un système dit « à combustion homogène », qui peut générer jusqu'à 30 % d'économies, il faut adapter la cartographie de gestion du moteur. Dans le cas contraire, ces biocarburants ou ces systèmes « à combustion homogène », seraient plus polluants que les carburants ou systèmes traditionnels.

Pour information, on peut trouver ce type de technologie dans l'interne des capteurs de qualité d'huile ou d'additif Adblue.

Quelques compléments techniques:


L'analyse des modèles chimiométriques utilise la technologie déposée des HydroCarbon Profiler (HCP) qui mesure la structure moléculaire du carburant. Elle permet de définir les différents composants du carburant d'une manière innovante (information concise et adaptée à la chimie de la combustion comparée aux méthodes d'analyses traditionnelles).

Ce système fonctionne aussi bien pour des carburants essence que diesel (avec le même socle logiciel de traitement interne). Cette information est transmise à l'ECU de contrôle moteur qui va optimiser en temps réel les stratégies d'injection, de combustion et du post-traitement.

La position privilégiée du capteur est au niveau de la pompe de carburant ou entre la pompe à carburant et le filtre (zone moins chaude, 80°C,  que sous le capot, 150°C).

Techniquement, le spectromètre et l'unité de détection incorporent deux composants MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) en un seul bloc (l'interféromètre et la thermopile). Il réalise une mesure optique au moyen de la mesure de la transmission lumineuse dans la plage infrarouge du spectre. 

Vues du double MOEMS :


 


 


Principe de la mesure :


 






 



Avec cela, la densité, la valeur calorifique, l'indice de cétane et d'octane, la teneur en soufre, la viscosité, etc. peuvent être déterminés !

Les données collectées peuvent être émises en CAN, SENT, PWM, etc, vers le calculateur de gestion du moteur. Celui-ci devra voir sa cartographie augmentée de nouveaux logiciels de commande qui devront être en mesure d'adapter les paramètres (comme le moment et la durée d'injection, la commande EGR, l'avance à l'allumage, la pression turbo, etc.) en tenant compte de ces nouveaux éléments de "qualité carburant".

Système global :
 


Vues internes :


 


 


Caractéristiques générales :

- Mesure directe dans la ligne de carburant
- Pression max du carburant: 10 bar
- Température : -40°C à 85°C
- Signal de sortie : CAN ou SENT ou PWM
- Pas de calibration requise

Exemple de signaux "analogiques": 
 

  • Fréquence du signal sous 0-5V ou 0-12V (pull up dans ECU injection) : 50 à 150Hz pour 0 à 100% d'éthanol
  • Mesure de température du carburant en PWM: 1ms = -40°C et 5ms = 125°C
     

Sur les véhicules FlexFuel
 

Ce capteur permet au boitier de conversion de connaitre en permanence la teneur en éthanol du carburant présent dans la canalisation d'alimentation. Le boitier pourra ajuster le taux d'enrichissement en temps réel et s'adapter à tous les types de carburant E5, E10, E85. Le capteur est indispensable pour conserver un fonctionnement optimal y compris dans les cas où l'on ne ravitaille pas avec du E85(absence de station, certains pays étrangers, volonté de remettre du sans plomb traditionnel).
Pour l'homologation, la règlementation n'impose pas à ce jour l'utilisation de ce type de capteur.

Le capteur est alimenté sous tension continue (5V ou 12V). Il s'agit d'un capteur à mesure capacitive.
La capacité du condensateur formé par le carburant et les électrodes de mesure est proportionnelle à la teneur en éthanol du carburant. L'étage de mesure fait passer entre les 2 électrodes du capteur un courant alternatif qui permet de mesurer la capacité (C) du condensateur et donc la proportion d'éthanol présente dans le carburant. La température a une influence sur les propriétés électriques du carburant.L'étage de mesure intègre donc un capteur de température du carburant afin d'ajuster la mesure.
Le signal émis par le capteur est numérisé. Par convention il s'agit d'un signal carré dont la fréquence est proportionnelle au taux d'éthanol.

 


Caractéristiques des données mesurables et émises par le système :

 



*Pression de vapeur Reid :
Pression de vapeur accumulée au-dessus d'une essence de référence ou d'un autre carburant volatil dans une bombe standard à 100º F (37,8º C). Elle sert à prédire les tendances du fluide à former des poches de vapeur dans le système d'alimentation en carburant d'un véhicule.




 

Diffusion sur le marché

Dans tous les systèmes flexfuel. Pour information le bioéthanol en France : jusqu'à 5% dans le SP95 et le SP98, jusqu'à 10% dans le SP95-E10 et jusqu'à 85% dans le Superéthanol (E85) ou l'ED95 (90%) pour les VI et

Constructeurs concernés

Opel, Volskwagen, Saab, Chevrolet, Dodge, Chrysler, Cadillac, Dacia, Renault, Nissan, Mazda, Ford, Volvo, Jeep, GMC, Chevrolet. Mais reste une niche en France. Cependant, depuis 2017 les kits de seconde monte prennent un nouvel essor.

Innovation engendrant des entretiens Non
Innovation engendrant des réparations Oui
Types de réparations
  1. Diagnostic
  2. Réparation faisceau
  3. Remplacement faisceau ou pièce
Dispositif législatif en rapport avec l'innovation

Arrêté du 30 novembre 2017 relatif aux conditions d'homologation et d'installation des dispositifs de conversion des véhicules à motorisation essence en motorisation à carburant modulable essence - superéthanol E85

Contrôle technique

Lors du contrôle technique, une défaillance du capteur de qualité du carburant pourrait entraîner l'allumage du témoin OBD ; dès lors, une défaillance serait alors notifiée.

De plus, une défaillance pourrait être notifiée si une fuite de carburant est constatée sur le circuit.

Mots-clés

Reid, octane, cétane, carburant, capteur, NIR, infrarouge, qualité, pollution


Méthodes et pratiques

Pour les techniciens:

Ils doivent maîtriser les tests via l'outil de diagnostic (interpréter les paramètres, les codes défauts, etc).

  • Réaliser la pose et dépose du capteur.
  • Intervenir sur le circuit d'alimentation en carburant.

Les contrôles physiques sont possibles, il faut disposer d'un oscilloscope 

 

On retrouve un connecteur 3 voies

  1. Alimentation 5 ou 12V
  2. Masse
  3. Signal

    En général, il n'y a pas d'apprentissage ou de calibration requis lors de la dépose-repose.

 

 

 

 

 

 

Exemple de signal, avec une fréquence de 109 Hz, le taux d'éthanol est donc de 59% : 

 

 

Entreprises concernées aujourd'hui Spécialistes, MRA, RA2, RA1
Métiers concernés Mécanicien technicien VI-VU, Mécanicien-Technicien Auto

Impact sur les compétences en atelier

Les techniciens doivent :


  • Être en mesure d'identifier et intervenir sur les systèmes injection pour réaliser des diagnostics
  • Connaître le principe des capteurs et actionneurs et leurs méthodes de contrôle
  • Exploiter et utiliser des équipements de tests des systèmes d'injection

Exemple d’outillage approprié

Le matériel nécessaire aux contrôles:

  • Outil de diagnostic
  • Oscilloscope
  • Multimètre

Autres applications:

L'utilisation d'un capteur de taux d'éthanol couplé à un outil de mesure est proposée pour les ateliers. il permet de contrôler le taux d'éthanol lors d'un diagnostic. 

En effet le prix du carburant E85 étant moins élevé que le E10, certains utilisateurs remplissent partiellement ou entièrement leur réservoir de carburant avec ce carburant. Cela entraine selon le véhicule :

  • Mauvaise combustion moteur 
  • Cognement
  • Mode dégradé avec allumage du témoin EOBD
  • Difficulté au démarrage
  • Une usure prématurée des pièces du système de carburant et du moteur


Un kit est alors proposé comprenant par exemple :

  • Un capteur de taux d'éthanol
  • Un logiciel de lecture de taux d'éthanol
  • Des adaptateurs pour le circuit de carburant

 

L'utilisation et la mise en place restent simple, il suffit de débrancher l'arrivée du carburant soit avant la pompe haute pression dans le cas d'un véhicule à injection directe essence, soit avant la rampe d'injection sur un véhicule à injection indirecte, de raccorder à l'aide des adaptateurs de carburants fournis dans le kit le capteur de taux d'éthanol puis le raccorder électriquement à l'outil de mesure.


 



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