Les capteurs de carburant

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Description détaillée

Le capteur à scanner optique :

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 proche de 100 euros.

Les deux principaux maîtres du projet sont la société SP3H 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 SP3H fait en effet reposer son processus industriel sur la maîtrise des brevets et sur un partenariat avec des équipementiers mondiaux. L'innovation développée par SP3H (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 et particules).

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 carburant. On peut donc l'utiliser dans un système essence ou diesel.

 

l'analyse de la composition en 4 étapes : 

1. Émission de lumière proche infrarouge: Le capteur émet une lumière proche infrarouge à travers le carburant.
2. Interaction avec les molécules: Les différentes molécules présentes dans le carburant (celles du B100, du gazole, ou d'autres impuretés) interagissent avec cette lumière de manière spécifique. Certaines longueurs d'onde sont absorbées plus ou moins fortement en fonction de la nature des molécules.
3. Création d'un spectre: L'interaction de la lumière avec le carburant crée un "spectre", c'est-à-dire une représentation graphique de l'intensité de la lumière en fonction de sa longueur d'onde. Ce spectre est unique pour chaque type de carburant et constitue en quelque sorte son "empreinte digitale".
4. Analyse du spectre: Le capteur compare le spectre obtenu avec une base de données de spectres de référence. Grâce à des algorithmes de traitement de données, il est capable d'identifier avec précision la composition du carburant et de détecter la présence d'éventuelles impuretés.
   
   La percée la plus significative de ce capteur se trouve dans les applications faisant appel au biodiesel.
   
   Ce capteur compatible avec les réseaux multiplexés de type "CAN" peut facilement s'intégrer sur les systèmes de gestion moteur des véhicules légers mais aussi des poids lourds modernes. Il permet d'améliorer et d'optimiser la commande du moteur.
   
   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. 

Ce capteur porte le nom commercial de : FluidBox ou GreenBox

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.

Caractéristiques des données mesurables et émises par le système :
 

 

Les avantages de cette technologie 

• Précision : La spectroscopie NIR offre une très grande précision d'analyse, permettant de détecter de faibles variations dans la composition du carburant.
• Rapidité : L'analyse est réalisée en quelques secondes, ce qui permet un contrôle en temps réel de la qualité du carburant.
• Non-invasif : Le capteur n'entre pas en contact direct avec le carburant, ce qui limite les risques de contamination.
• Polyvalence : Il peut être utilisé pour analyser différents types de carburants et de fluides.
  
  
  
   

Le capteur de taux d'éthanol 

Ce capteur est installé sur un véhicule dit "flexfuel". En France ce type de véhicule peut fonctionner légalement avec du superéthanol E85.

Ce capteur permet au boitier de conversion ou au calculateur d'injection de connaitre en permanence la teneur en éthanol du carburant présent dans la canalisation d'alimentation. Le taux d'enrichissement sera adapté en temps réel pour tous les types de carburant E5, E10, E85 (ou un mélange des ces carburants). 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).

 

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.

• Pour un taux d'éthanol de 0 %, la fréquence est de 50 Hz.
• Pour un taux d'éthanol de 100 % la fréquence est de 150 Hz.

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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 multimètre ou 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 du remplacement.

 

 

 

 

 

 

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

 

 

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Impact sur les compétences en atelier

Les techniciens doivent :


 

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

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Exemple d’outillage approprié

Le matériel nécessaire aux contrôles :

• Outil de diagnostic,
• Oscilloscope,
• Multimètre.

Autres applications :

Un capteur de taux d'éthanol couplé à un outil de mesure est proposé pour les ateliers. Il permet de contrôler le taux d'éthanol sur tout type de véhicule, de sauvegarder et d'archiver les relevés. 

En effet le prix du carburant E85 est moins élevé que celui des essences traditionnelles SP95 E10 et SP98 E5. Cette différence de tarif, incite les conducteurs de véhicules essence (rubrique du certificat d'immatriculation P3=ES) à remplir partiellement ou entièrement le réservoir de carburant avec du superéthanol E85. Cela peut entrainer selon les véhicules :

• Une mauvaise combustion du moteur,
• Des modes dégradés avec allumage du témoin EOBD,
• Des difficultés de démarrage,
• Une usure prématurée des pièces du système de carburant et du moteur,
• Une casse du moteur.

L'outil comprend :

• 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 la canalisation de carburant soit avant la pompe haute pression dans le cas des véhicules à injection directe, soit avant la rampe d'injection dans le cas des véhicules à injection indirecte et de raccorder le capteur de l'outil.

La mesure du taux d'éthanol exprimée en pourcentage est communiquée par la tablette de l'outil.