EP0833049A1 - Vanne à commande électrique et à ouverture continue en fonctionnement, pour régénération de canister - Google Patents
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- F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
- F02M25/0836—Arrangement of valves controlling the admission of fuel vapour to an engine, e.g. valve being disposed between fuel tank or absorption canister and intake manifold
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- F02M2025/0845—Electromagnetic valves
Definitions
- the invention relates to an electrically controlled valve. and with continuous opening in operation, for a circuit of regeneration of a canister associated with a combustion engine internal, supplied with air or air powered by at least an intake duct, in which the flow is controlled by a throttling member, for example of the rotary type commonly known as a butterfly.
- the invention relates to a valve with a continuous canister purge flow and modulated by an electrical signal, for the regeneration of a canister associated with an internal combustion engine including the fuel system can either have a carburetor, the throttle of which rotary, or throttle valve, controls the mixing flow air-fuel, or be of the so-called "injection" type and have a butterfly body, including the throttling member rotary controls the intake air flow to the engine.
- the canister is a receptacle collecting fuel vapors from various organs containing or traveled by fuel, in the circuit followed by the fuel in the vehicle and its engine, and in particular the fuel tank, as well as the engine, and injection tubing and injector (s), or, if applicable if applicable, from the carburetor.
- the canister in which these fuel vapors are collected to avoid their release into the ambient air, is fitted with a vent in communication with the atmosphere, so that the fuel tank is vented to the through the canister.
- a circuit regeneration system comprising a valve mounted on a pipeline connecting the canister to the intake duct, downstream of the throttle organ.
- the arrival of this fuel air in the engine changes the richness of the air-fuel mixture prepared by the carburetor or the or the injectors, depending on the case, which receive (s) orders from control developed from signals from different engine operating parameter sensors, and in particular a probe measuring the oxygen level in engine exhaust.
- solenoid valves comprising a calibrator with constant flow section and a check valve flow control, linked in motion to a nucleus of a solenoid, whose coil is supplied with electric current at rectangular slots with opening duty cycle variable, i.e. the opening time, for a constant period, corresponds to a variable fraction of this period, corresponding to the length of the current used.
- the variation of the flow is thus obtained by modulating the cross section of the calibration, subjected to the vacuum of the motor, this modulation being ensured by the valve the solenoid valve.
- the electrically operated valve for a canister regeneration circuit of the type presented above comprising a pipe connecting the canister to the intake duct, downstream of the organ and on which is mounted the valve which includes a calibrator with constant passage section, a flow control valve in the pipeline and that is linked in motion to a nucleus of a solenoid whose coil is powered by an electric current to control the force on the valve, is such that the valve is integral in motion of a flexible membrane, which delimits, in a case, two bedrooms, the first of which is kept at a pressure close to or equal to atmospheric pressure, and whose second chamber is modulated vacuum, encloses the valve and communicates through an orifice input, with the canister via the calibrator, and through an outlet with the intake duct, the membrane thus subjected to a depression close to or equal to that which acts on the calibrator being also subject to the opposing efforts of elastic means, which tend to close the valve on the outlet, and the solenoid, the coil of which develops
- the membrane In operation, the membrane is in equilibrium under the combined actions of elastic means, which tend to recall the valve in the closed position, of the effort magnetic due to the solenoid, and therefore of the current which crosses its coil, and finally depression, which determines the flow, this depression being the differential pressure between atmospheric pressure or a pressure close to the latter and reigning in the first chamber, and the control pressure in the second chamber.
- This valve thus allows modulate the regeneration flow continuously by through a variable depression determined at using an average control current.
- this valve has the disadvantage that full opening, very significant efforts are exerted on the membrane, due to the strong depression at which this membrane is then submitted (and which can reach 60kPa when the engine is running at idle).
- the solenoid of this valve must therefore be able to develop significant magnetic forces, at the cost of significant current consumption.
- the valve according to the invention of a type known from FR 2 699 603, and which includes a calibrator with constant passage section and a housing defining a room connected by an entrance with the canister and through an outlet with the intake duct, and in which a valve for controlling the purge flow of the canister is mounted movable relative to a lockable seat by the valve, which is linked in movement to a nucleus of a solenoid whose coil is powered by a current electric medium variable to control the effort on the valve and its spacing from the seat in the open position of the valve, is characterized in that the outlet from the chamber is connected to the intake duct via the calibrator so the pressure downstream of the calibrator is the pressure in the duct downstream of the throttle member, while the entrance to the bedroom is directly connected to the canister by the pipeline, so that the upstream of the seat is at atmospheric pressure or at a pressure close to the latter, and the purge flow through the calibrator is continuously modulated by modulation of the pressure difference at the valve resulting from the modulation of
- a valve does not have a membrane and that the section of its valve may be small, we understand than a small solenoid, low power and low consumption may be enough to control the valve of the valve, the structure of which can thus be simpler and more economical.
- the valve may further comprise means elastic return biasing the valve to its position closing against the seat, the power supply of the solenoid coil developing a magnetic force urging the valve against the elastic means in seat open position.
- valve does not does not have elastic return means, and, in this case, when the engine stops, the solenoid coil is powered by an electric current such that the valve is subjected to a magnetic force applying it against its seat in the valve closed position.
- Such a valve is advantageously supplied with variable mean current obtained by supplying the coil of the solenoid by rectangular electrical current slots with variable duty cycle.
- the current variable means can be controlled by a control device sensitive to at least one signal from at least one sensor for an engine operating parameter, such as a richness sensor of the air-fuel mixture, and / or a pressure sensor in the downstream intake duct of the throttling organ.
- the canister 1 contains a material 2 absorbent or adsorbent, for example activated carbon, which takes care of fuel vapors coming in particular of the fuel tank R, and which are brought to the canister 1 through the recovery line 3.
- Canister 1 which can thus contain for example 100 g of fuel, is provided with a vent 4 connecting it to the atmosphere, and is also connected to the intake duct 5 of a carburetor body or a throttle body of an internal combustion engine M.
- a throttle member or butterfly 6 is rotatably mounted in the conduit 5, and the angular position of the butterfly 6 in the duct 5 is controlled to regulate the intake flow air, in the case of a throttle body, or carburetted air, in the case of a carburetor.
- a circuit 7 of canister regeneration 1 includes a regeneration line 8, which opens at its entrance, in canister 1, and, at its exit, in the duct 5, as well as an electrically controlled valve 9, connected between the upstream 8a and downstream 8b branches of the pipeline 8.
- the valve 9 is a check valve whose position is controlled by a solenoid receiving current electrical control of a control device schematically represented in 10, and which is a control unit engine control electronics, including a computer comprising at least one microprocessor or microcontroller, and in particular ensuring the control and command of the ignition and injection, in the case of an injection engine, from information received from multiple sensors engine operating parameters.
- the valve 9 comprises a body or case 11, of generally cylindrical shape, delimiting an internal chamber 12, which has an orifice inlet 13, connected to the upstream part 8a of the pipeline 8 of regeneration of canister 1, as well as an orifice of outlet 14, connected to the downstream part 8b of the pipeline 8 by a tubular endpiece 15 containing a calibrator 16 or restriction, with constant passage section.
- the suburbs of the inlet 13 constitutes a seat 17 for a valve 18.
- This valve 18 is in one piece, by a rod 19, with the substantially cylindrical core 20, of a solenoid comprising an excitation coil 21 fixed in the chamber 12 of the body 11, and in which are axially engaged the core 20 and the rod 19.
- valve 9 is normally closed when the motor M.
- This closure is ensured, in this example, by a helical return spring 22, bearing on the valve 18 and on a support of the coil 21, and surrounding the part of the rod 19 located between the coil 21 and the valve 18, to push the valve 18 towards its seat 17, so closing the inlet 13 when the coil 21 is not not powered.
- the coil 21 is traversed by a average control electric current, which results from supply of rectangular current slots to variable duty cycle.
- the 18-core valve assembly 20 is then subjected to an electromagnetic force Fm, which spreads the valve 18 of its seat 17 and of the inlet orifice 13, at against the spring 22 exerting a restoring force Fr.
- La chamber 12 is then in communication with the pipeline upstream 8a and canister 1 via inlet 13 and via outlet 14 with the intake duct 5, through the calibrator 16.
- the pressure in chamber 12 is a pressure of control or command Pc which is then intermediate between the pressure of the Pcan canister, upstream of the inlet 13, itself near atmospheric pressure Pa, and the pressure downstream of calibrator 16, which is the manifold pressure engine intake M, i.e. the prevailing pressure in the intake duct 5, downstream of the butterfly 6.
- the regeneration rate Q passing through the calibrator 16 is a function of Sc, ⁇ , Pc and Pcol according to a formula F1 (Sc, ⁇ , Pc, Pcol) which is tabulated in the unit of command 10, and where Sc is the constant passage section of the calibrator 16, ⁇ the density of the air-fuel mixture from canister 1, and Pcol and Pc are respectively the manifold pressure, in the duct 5 downstream of the throttle valve 6, and the control pressure in chamber 12, the manifold pressure being known by the installation, because transmitted to the control unit 10 by a pressure 23, detecting the pressure in the intake duct 5 downstream of the butterfly 6.
- the pressure drop ⁇ p at the level of the valve 18 is equal to the force applied to the valve 18, divided by the section s of the valve 18.
- the force which requests the valve 18 is the difference between the magnetic force Fm, exerted on the core 20 by the current supply of the coil 21 of the solenoid, and the restoring force Fr exerted by the spring 22 on the valve 18.
- the flow rate Q is a function of the mean current I passing through the solenoid coil 21, the relation of formula (4) being a known characteristic solenoid 20-21.
- the relationship between the flow of purge Q and the average current I flowing in the coil 21 can be calculated or tabulated in memory in the unit of control 10.
- the average current I applied to the coil 21 is obtained by a variable duty cycle command, at a sufficiently high frequency, around 100 Hz for example. It is thus possible to control a continuous purge flow rate Q, by action on the power supply duty cycle of the valve solenoid 9.
- the operating principle is therefore based on the pressure drop regulation or pressure difference at the level of the valve 18, and not of a variable section, for modulate the purge flow as required, and taking particular account of the Pcol pressure at the manifold engine intake M.
- the purge flow Q of canister 1, delivered by the valve 9, is continuous and modulated by the modulation of the force electromagnetic Fm, itself a function of the average current of control I of the coil 21.
- the valve 9 is thus at flow continuous and modulated by the electric control current. So that this valve 9 is relatively insensitive to vibrations of the motor M, a threshold spring 22 is chosen low effort, but sufficient for this purpose.
- valve 9 can be without a spring 22, in which case the coil 21 remains supplied, after stopping the engine, for a sufficient time and in a proper direction to hold the valve 18 by magnetic force against seat 17 in entry 13 closed position of the body 11.
- valve 18 can cooperate with a seat 17 formed around the orifice of outlet 14 of chamber 12, in which case the pressure of command Pc considered is the pressure prevailing in the tubular section 15 between the calibrator 16 and the outlet 14.
- valve 18 is not not directly integral in movement with the core 20, as this is ensured by making a single piece of the valve 18 with the core 20 by the rod 19, and the valve 18 can be linked in motion to the core 20 by means of reduction in the amplitude of movement of the valve 18 relative to the amplitude of displacement of the core 20.
- a valve which modulates the regeneration flow so continuous, by modulating the pressure drop at the level of the valve, this modulation being determined by the modulation the spacing between the valve 18 and the seat 17, this spacing being itself modulated by the modulation of the average electric current applied to the coil 21.
- the solenoid can be small, low power and low electrical consumption, therefore inexpensive, in a valve simple and economical structure.
- This electric current is supplied for example by a control unit for a carburetor or a control unit an engine control system, integrated into the command 10, and this current can be developed from information from, in particular, a wealth finder 24, of the lambda probe type detecting the oxygen content in engine exhaust gases passing through the manifold exhaust 25, as well as the pressure sensor 23, as explained above.
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Abstract
La vanne a son clapet (18) lié en mouvement au noyau (20) d'un solénoïde dont la bobine (21) est alimentée en courant moyen modulé pour moduler l'écartement entre le clapet (8) et un siège (17). En aval du siège (17), la vanne communique avec un conduit d'admission du moteur par l'intermédiaire d'un calibreur (16) à section de passage constante. En amont du siège (17), la vanne est en communication avec le canister. La modulation de l'effort appliqué au clapet (18) permet de moduler la perte de charge au clapet (18), et donc la pression de commande entre le siège (17) et le calibreur (16), de sorte à moduler le débit de purge traversant ce calibreur (16). Application de la vanne à commande électrique et à ouverture continue en fonctionnement à la modulation du débit continu de purge des canisters de moteurs à combustion interne. <IMAGE>
Description
L'invention concerne une vanne à commande électrique
et à ouverture continue en fonctionnement, pour un circuit
de régénération d'un canister associé à un moteur à combustion
interne, alimenté en air ou en air carburé par au moins
un conduit d'admission, dans lequel le débit est commandé
par un organe d'étranglement, par exemple du type rotatif
communément appelé papillon.
Plus précisément, l'invention se rapporte à une
vanne dont le débit de purge du canister est continu et
modulé par un signal électrique, pour la régénération d'un
canister associé à un moteur à combustion interne dont
l'installation d'alimentation en carburant peut soit
comporter un carburateur, dont l'organe d'étranglement
rotatif, ou papillon des gaz, commande le débit de mélange
air-carburant, soit être du type dit "à injection" et
comporter un corps de papillon, dont l'organe d'étranglement
rotatif commande le débit d'air d'admission au moteur.
Le canister est un réceptacle recueillant des
vapeurs de carburant provenant de divers organes contenant
ou parcourus par du carburant, dans le circuit suivi par le
carburant dans le véhicule et son moteur, et en particulier
du réservoir de carburant, ainsi que du moteur, et des
tubulures d'injection et du ou des injecteurs, ou, le cas
échéant, du carburateur.
Le canister, dans lequel ces vapeurs de carburant
sont collectées pour éviter leur rejet dans l'air ambiant,
est muni d'un évent en communication avec l'atmosphère, de
sorte que le réservoir de carburant est mis à l'air libre au
travers du canister. Pour éviter les rejets de carburant à
l'air libre par l'évent du canister, lorsque ce dernier est
saturé, le canister est régénéré cycliquement par un circuit
de régénération comprenant une vanne montée sur une canalisation
raccordant le canister au conduit d'admission, en
aval de l'organe d'étranglement. Lorsque la vanne est
ouverte, la dépression en aval de l'organe d'étranglement
dans le conduit d'admission provoque, dans la canalisation
et dans le canister une aspiration d'air ambiant par l'évent
du canister. Cet air ambiant aspiré purge le canister du
carburant qu'il contient et se mélange à ce carburant pour
être aspiré avec lui dans le conduit d'admission. L'arrivée
de cet air carburé dans le moteur modifie la richesse du
mélange air-carburant préparé par le carburateur ou le ou
les injecteurs, selon les cas, qui reçoive(nt) des ordres de
commande élaborés à partir de signaux provenant de différents
capteurs de paramètres de fonctionnement du moteur, et
en particulier d'une sonde mesurant le taux d'oxygène dans
les gaz d'échappement du moteur.
Pour éviter cette perturbation de richesse, il est
connu d'utiliser comme vanne de régénération une vanne à
commande électrique assurant une modulation du débit de
purge du canister, ce débit étant difficile à connaítre car
la charge de carburant recueilli dans les canisters n'est
pas connue avec précision et dépend de nombreux paramètres,
tels que la température ambiante, la température et les
conditions de remplissage du réservoir de carburant,
certains de ces paramètres pouvant être influencés par le
fonctionnement ou le non-fonctionnement du moteur.
Les vannes à commande électrique usuellement
utilisées à cet effet sont des électro-vannes comprenant un
calibreur à section de passage constante et un clapet de
commande du débit, lié en mouvement à un noyau d'un solénoïde,
dont la bobine est alimentée en courant électrique à
créneaux rectangulaires à rapport cyclique d'ouverture
variable, c'est-à-dire que le temps d'ouverture, pour une
période constante, correspond à une fraction variable de
cette période, correspondant à la longueur du créneau de
courant utilisé.
La variation du débit est ainsi obtenue en modulant
la section efficace du calibrage, soumis à la dépression du
moteur, cette modulation étant assurée par le clapet de
l'électro-vanne.
Compte-tenu des fréquences, comprises entre 5 et
20Hz, auxquelles ces électro-vannes sont excitées, il en
résulte une alimentation déséquilibrée des différents
cylindres du moteur en vapeurs de carburant provenant de la
purge du canister, en raison de la fréquence d'ouverture de
l'électro-vanne de purge, qui est totalement asynchrone par
rapport au moteur.
Pour remédier à cet inconvénient, il a déjà été
proposé dans FR 2 699 603 une vanne à commande électrique
permettant d'étaler le débit de régénération de sorte que
tous les cylindres du moteur reçoivent sensiblement la même
fraction du carburant de purge du canister, cette vanne
assurant un débit continu mais modulé et asservi à un signal
de consigne électrique, de façon à obtenir une vanne à débit
proportionnel à cette consigne. Cette modulation du débit de
purge du canister est assurée en faisant passer ce débit au
travers d'un calibreur à section de passage constante, mais
soumis à une dépression modulée, contrairement aux électro-vannes
antérieurement utilisées, dans lesquelles on module
la section efficace du calibrage soumis à la dépression
moteur.
Selon FR 2 699 603, la vanne à commande électrique
pour un circuit de régénération de canister du type présenté
ci-dessus, comprenant une canalisation raccordant le
canister au conduit d'admission, en aval de l'organe
d'étranglement, et sur laquelle est montée la vanne qui
comprend un calibreur à section de passage constante, un
clapet de commande du débit dans la canalisation et qui est
lié en mouvement à un noyeu d'un solénoïde dont la bobine
est alimentée par un courant électrique pour commander
l'effort sur le clapet, est telle que le clapet est solidaire
en mouvement d'une membrane souple, qui délimite, dans
un boítier, deux chambres dont une première est maintenue à
une pression voisine de ou égale à la pression atmosphérique,
et dont la seconde chambre est à dépression modulée,
renferme le clapet et mise en communication, par un orifice
d'entrée, avec le canister par l'intermédiaire du calibreur,
et par un orifice de sortie avec le conduit d'admission, la
membrane ainsi soumise à une dépresssion voisine de ou égale
à celle qui agit sur le calibreur étant également soumise
aux efforts antagonistes de moyens élastiques, qui tendent
à fermer le clapet sur l'orifice de sortie, et du solénoïde,
dont la bobine développe une force ayant pour effet d'écarter
le clapet de l'orifice de sortie pour ouvrir ce dernier,
lorsqu'elle est parcourue par un courant moyen variable
constituant un signal de consigne électrique fixant l'effort
sur le clapet.
En fonctionnement, la membrane est en équilibre sous
les actions combinées des moyens élastiques, qui tendent à
rappeler le clapet en position de fermeture, de l'effort
magnétique dû au solénoïde, et donc du courant qui traverse
sa bobine, et enfin de la dépression, qui détermine le
débit, cette dépression étant la pression différentielle
entre la pression atmosphérique ou une pression proche de
cette dernière et régnant dans la première chambre, et la
pression de commande dans la seconde chambre. Une relation
est ainsi établie entre cette dépression, et donc le débit,
d'une part, et, d'autre part, le courant électrique moyen
dans la bobine du solénoïde. Cette vanne permet ainsi de
moduler le débit de régénération de façon continue par
l'intermédiaire d'une dépression variable déterminée à
l'aide d'un courant moyen de commande.
Toutefois, cette vanne a pour inconvénient qu'à
pleine ouverture, des efforts très importants s'exercent sur
la membrane, en raison de la forte dépression à laquelle
cette membrane est alors soumise (et qui peut atteindre
60kPa lorsque le moteur fonctionne au ralenti). Le solénoïde
de cette vanne doit donc être capable de développer des
efforts magnétiques importants, au prix d'une importante
consommation en courant.
Par la présente invention, on se propose de remédier
à cet inconvénient à l'aide d'une vanne à ouverture continue
en fonctionnement, permettant d'éviter une alimentation
déséquilibrée des cylindres du moteur en carburant purgé du
canister par un débit de régénération modulé en fonction
d'un signal électrique de commande, et qui soit d'une
structure plus simple et plus économique, au montage comme
à l'usage, que la vanne connue par FR 2 699 603, et en
particulier qui se contente d'un solénoïde de faibles
dimensions, puissance et consommation électrique.
A cet effet, la vanne selon l'invention, d'un type
connu par FR 2 699 603, et qui comprend un calibreur à
section de passage constante et un boítier délimitant une
chambre mise en communication par une entrée avec le
canister et par une sortie avec le conduit d'admission, et
dans laquelle un clapet de commande du débit de purge du
canister est monté mobile par rapport à un siège obturable
par le clapet, qui est lié en mouvement à un noyau d'un
solénoïde dont la bobine est alimentée par un courant
électrique moyen variable pour commander l'effort sur le
clapet et son écartement du siège en position d'ouverture de
la vanne, se caractérise en ce que la sortie de la chambre
est reliée au conduit d'admission par l'intermédiaire du
calibreur de sorte que la pression en aval du calibreur est
la pression dans le conduit en aval de l'organe d'étranglement,
tandis que l'entrée de la chambre est directement
reliée au canister par la canalisation, de sorte que l'amont
du siège est à la pression atmosphérique ou à une pression
voisine de cette dernière, et le débit de purge traversant
le calibreur est modulé de façon continue par modulation de
la différence de pression au niveau du clapet résultant de
la modulation de l'effort appliqué au clapet par la modulation
du courant moyen variable dans la bobine.
Comme une telle vanne ne comporte pas de membrane et
que la section de son clapet peut être faible, on comprend
qu'un solénoïde de faibles dimensions, faible puissance et
à faible consommation puisse suffire à commander le clapet
de la vanne, dont la structure peut ainsi être plus simple
et plus économique.
Avantageusement, pour garantir la fermeture de la
vanne lorsque le moteur est arrêté, et éviter tout phénomène
d'auto-allumage, la vanne peut comprendre de plus des moyens
élastiques de rappel sollicitant le clapet vers sa position
de fermeture contre le siège, l'alimentation électrique de
la bobine du solénoïde développant une force magnétique
sollicitant le clapet contre les moyens élastiques en
position d'ouverture du siège.
Mais il est également possible que la vanne ne
comporte pas de moyens élastiques de rappel, et, dans ce
cas, à l'arrêt du moteur, la bobine du solénoïde est
alimentée par un courant électrique tel que le clapet est
soumis à une force magnétique l'appliquant contre son siège
en position de fermeture de la vanne.
Une telle vanne est avantageusement alimentée en
courant moyen variable obtenu en alimentant la bobine du
solénoïde par des créneaux de courant électrique rectangulaires
à rapport cyclique variable. En outre, le courant
moyen variable peut être piloté par un organe de commande
sensible à au moins un signal provenant d'au moins un
capteur d'un paramètre de fonctionnement du moteur, tel
qu'un capteur de richesse du mélange air-combustible, et/ou
un capteur de pression dans le conduit d'admission en aval
de l'organe d'étranglement.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention
ressortiront de la description donnée ci-dessous, à
titre non limitatif, d'un exemple de réalisation décrit en
référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un circuit de régénération de canister, équipé d'une vanne selon l'invention, et monté entre un canister et un conduit d'admission d'un carburateur ou corps de papillon de moteur à combustion interne, et
- la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un exemple de vanne.
Sur la figure 1, le canister 1 renferme un matériau
2 absorbant ou adsorbant, par exemple du charbon actif, qui
se charge des vapeurs de carburant provenant en particulier
du réservoir de carburant R, et qui sont amenées au canister
1 par la conduite de récupération 3. Le canister 1, qui peut
ainsi contenir par exemple 100 g de carburant, est muni d'un
évent 4 le reliant à l'atmosphère, et est également raccordé
au conduit d'admission 5 d'un corps de carburateur ou d'un
corps de papillon d'un moteur à combustion interne M. Un
organe d'étranglement ou papillon 6 est monté rotatif dans
le conduit 5, et la position angulaire du papillon 6 dans le
conduit 5 est commandée pour réguler le débit d'admission
d'air, dans le cas d'un corps de papillon, ou d'air carburé,
dans le cas d'un carburateur.
Le raccordement du canister 1 au conduit d'admission
5, en aval du papillon 6, est assuré par un circuit 7 de
régénération du canister 1. Ce circuit 7 comprend une
canalisation de régénération 8, qui débouche, à son entrée,
dans le canister 1, et, à sa sortie, dans le conduit
d'admission 5, ainsi qu'une vanne 9 à commande électrique,
raccordée entre les branches amont 8a et aval 8b de la
canalisation 8.
La vanne 9, dont un exemple de réalisation est
représenté sur la figure 2, est une vanne à clapet dont la
position est commandée par un solénoïde recevant un courant
électrique de commande d'un dispositif de commande schématiquement
représenté en 10, et qui est une unité de commande
électronique de contrôle moteur, comprenant un calculateur
comportant au moins un microprocesseur ou microcontrôleur,
et assurant notamment le contrôle et la commande de l'allumage
et de l'injection, dans le cas d'un moteur à injection,
à partir d'informations reçues de plusieurs capteurs de
paramètres de fonctionnement du moteur.
Lorsque la vanne 9 est ouverte, la dépression
régnant dans le conduit d'admission 5 en aval du papillon 6
provoque, au travers de la canalisation 8 et du canister 1,
une aspiration d'air ambiant par l'évent 4, et cet air
aspiré entraíne, en traversant le matériau 2, le carburant
préalablement retenu dans ce dernier, pour l'introduire dans
le conduit d'admission 5.
Dans l'exemple de la figure 2, la vanne 9 comprend
un corps ou boítier 11, de forme générale cylindrique,
délimitant une chambre interne 12, qui présente un orifice
d'entrée 13, raccordé à la partie amont 8a de la canalisation
8 de régénération du canister 1, ainsi qu'un orifice de
sortie 14, raccordé à la partie aval 8b de la canalisation
8 par un embout tubulaire 15 renfermant un calibreur 16 ou
restriction, à section de passage constante. La périphérie
de l'orifice d'entrée 13 constitue un siège 17 pour un
clapet 18. Ce clapet 18 est d'une seule pièce, par une tige
19, avec le noyau 20, sensiblement cylindrique, d'un
solénoïde comprenant une bobine d'excitation 21 fixée dans
la chambre 12 du corps 11, et dans laquelle sont axialement
engagés le noyau 20 et la tige 19.
Pour éviter tout phénomène d'auto-allumage par
l'arrivée intempestive de carburant provenant du canister 1
dans le moteur M encore chaud, après l'arrêt de son fonctionnement,
la vanne 9 est normalement fermée à l'arrêt du
moteur M. Cette fermeture est assurée, dans cet exemple, par
un ressort de rappel hélicoïdal 22, prenant appui sur le
clapet 18 et sur un support de la bobine 21, et entourant la
partie de la tige 19 située entre la bobine 21 et le clapet
18, pour repousser le clapet 18 vers son siège 17, de façon
à fermer l'orifice d'entrée 13 lorsque la bobine 21 n'est
pas alimentée. L'ensemble monobloc clapet 18-tige 19- noyau
20, la bobine 21, l'orifice d'entrée 13 et le siège 17 ainsi
éventuellement que l'orifice de sortie 14 sont, pour assurer
un meilleur comportement mécanique de l'ensemble clapet18-noyau
20, de préférence coaxiaux à l'axe longitudinal du
boítier 11 et de sa chambre.
En fonctionnement, la bobine 21 est parcourue par un
courant électrique moyen de commande, qui résulte de
l'alimentation en créneaux rectangulaires de courant à
rapport cyclique variable. L'ensemble clapet 18-noyau 20 est
alors soumis à une force électromagnétique Fm, qui écarte le
clapet 18 de son siège 17 et de l'orifice d'entrée 13, à
l'encontre du ressort 22 exerçant une force de rappel Fr. La
chambre 12 est alors en communication avec la canalisation
amont 8a et le canister 1 par l'entrée 13 et par la sortie
14 avec le conduit d'admission 5, au travers du calibreur
16. La pression dans la chambre 12 est une pression de
contrôle ou de commande Pc qui est alors intermédiaire entre
la pression du canister Pcan, en amont de l'entrée 13, elle-même
voisine de la pression atmosphérique Pa, et la pression
en aval du calibreur 16, qui est la pression au collecteur
d'admission du moteur M, c'est-à-dire la pression régnant
dans le conduit d'admission 5, en aval du papillon 6.
Le débit de régénération Q passant par le calibreur
16 est fonction de Sc, ρ, Pc et Pcol selon une formule
F1 (Sc, ρ, Pc, Pcol) qui est tabulée dans l'unité de
commande 10, et où Sc est la section de passage constante du
calibreur 16, ρ la masse volumique du mélange air-carburant
provenant du canister 1, et Pcol et Pc sont respectivement
la pression collecteur, dans le conduit 5 en aval du
papillon 6, et la pression de commande dans la chambre 12,
la pression collecteur étant connue par l'installation, car
transmise à l'unité de commande 10 par un capteur de
pression 23, détectant la pression dans le conduit d'admission
5 en aval du papillon 6.
La pression de commande Pc est égale à la pression
régnant dans la partie amont 8a de la canalisation 8, c'est-à-dire
la pression Pcan du canister 1 ou la pression Pr du
réservoir R, diminuée de la différence de pression ou perte
de charge au niveau du clapet 18, ce qui peut s'écrire par
la formule (2) :
(2) Pc = Pcan - Δp,
où Δp exprime la perte de charge due au clapet 18.
Or on sait que la pression Pcan au canister 1 est
égale à ou peu différente de la pression atmosphérique Pa.
On peut donc remplacer Pcan par Pa dans la formule (2).
Par ailleurs, on sait que la perte de charge Δp au
niveau du clapet 18 est égale à l'effort appliqué au clapet
18, divisé par la section s du clapet 18. Comme l'effort qui
sollicite le clapet 18 est la différence entre la force
magnétique Fm, exercée sur le noyau 20 par l'alimentation en
courant de la bobine 21 du solénoïde, et la force de rappel
Fr exercée par le ressort 22 sur le clapet 18, on obtient
que la perte de charge Δp est donnée par la formule (3) ci-dessous
:
(3) Δp = Fm - Frs
où s est la section, qui peut être faible, du clapet 18.
En outre, la force magnétique Fm est directement
fonction du courant moyen qui traverse la bobine 21 du
solénoïde. Cette force magnétique s'exprime donc par une
fonction de ce courant I selon la formule (4) :
(4) Fm = f(I)
En remplaçant Fm par f(I) dans la formule (3), puis
en remplaçant Δp dans la formule (2) en fonction de la
formule (3), et enfin en remplaçant Pc dans la formule (F1)
en fonction de sa valeur donnée par la formule (2), on obtient
que le débit de purge est exprimé par la formule (5):
(5) Q = F1 (Sc,ρ,Pcol,Pa, f (I) - Frs )
où Sc et s sont des constantes, ρ est assimilé à une
constante, Fr est connu par construction du ressort 22,
Pcol est connu grâce à la mesure procurée par le capteur de
pression 23, et la pression atmosphérique Pa est également
connue, et peut être mesurée comme étant la pression dans le
conduit d'admission 5, à l'arrêt du moteur M, et donc
mesurée à l'aide du capteur de pression 23 avant le démarrage
du moteur.
On constate que le débit Q est une fonction du
courant moyen I parcourant la bobine 21 du solénoïde, la
relation de la formule (4) étant une caractéristique connue
du solénoïde 20-21.
Il en résulte que la relation entre le débit de
purge Q et le courant moyen I circulant dans la bobine 21
peut être calculée ou tabulée en mémoire dans l'unité de
contrôle 10.
Le courant moyen I appliqué à la bobine 21 est
obtenu par une commande à rapport cyclique variable, à une
fréquence suffisamment haute, d'environ 100 Hz par exemple.
On peut ainsi commander un débit de purge Q continu, par
action sur le rapport cyclique d'alimentation électrique du
solénoïde de la vanne 9.
Le principe de fonctionnement est donc basé sur la
régulation de la perte de charge ou différence de pression
au niveau du clapet 18, et non d'une section variable, pour
moduler le débit de purge en fonction des besoins, et en
tenant notamment compte de la pression Pcol au collecteur
d'admission du moteur M.
Le débit Q de purge du canister 1, délivré par la
vanne 9, est continu et modulé par la modulation de l'effort
électromagnétique Fm, lui-même fonction du courant moyen de
commande I de la bobine 21. La vanne 9 est ainsi à débit
continu et modulé par le courant électrique de commande.
Pour que cette vanne 9 soit relativement insensible aux
vibrations du moteur M, on choisit un ressort 22 à seuil
d'effort faible, mais suffisant à cet effet.
En variante, la vanne 9 peut être sans ressort 22,
auquel cas la bobine 21 reste alimentée, après l'arrêt du
moteur, pendant un temps suffisant et dans un sens propre à
assurer le maintien par la force magnétique du clapet 18
contre le siège 17 en position de fermeture de l'entrée 13
du corps 11. En variante également, le clapet 18 peut
coopérer avec un siège 17 ménagé autour de l'orifice de
sortie 14 de la chambre 12, auquel cas la pression de
commande Pc considérée est la pression régnant dans le
tronçon tubulaire 15 entre le calibreur 16 et la sortie 14.
Il est également possible que le clapet 18 ne soit
pas directement solidaire en mouvement du noyau 20, comme
cela est assuré par la réalisation d'une seule pièce du
clapet 18 avec le noyau 20 par la tige 19, et le clapet 18
peut être lié en mouvement au noyau 20 par des moyens de
démultiplication de l'amplitude de déplacement du clapet 18
par rapport à l'amplitude de déplacement du noyau 20.
Dans toutes ces réalisations, on obtient une vanne
qui permet de moduler le débit de régénération de façon
continue, par la modulation de la perte de charge au niveau
du clapet, cette modulation étant déterminée par la modulation
de l'écartement entre le clapet 18 et le siège 17, cet
écartement étant lui-même modulé par la modulation du
courant électrique moyen appliqué à la bobine 21. En outre,
comme la section du clapet 18 peut être faible, le solénoïde
peut être de faibles dimensions, faible puissance et faible
consommation électrique, donc peu coûteuse, dans une vanne
de structure simple et économique.
Ce courant électrique est fourni par exemple par un
calculateur de pilotage d'un carburateur ou un calculateur
d'un système de contrôle moteur, intégré à l'unité de
commande 10, et ce courant peut être élaboré à partir
d'informations provenant, notamment, d'une sonde de richesse
24, du type sonde lambda détectant la teneur en oxygène dans
les gaz d'échappement du moteur traversant le collecteur
d'échappement 25, ainsi que du capteur de pression 23, comme
expliqué ci-dessus.
Claims (10)
- Vanne à commande électrique et à ouverture continue en fonctionnement, pour la régénération d'un canister (1) associé à un moteur à combustion interne (M) alimenté en air ou air carburé par au moins un conduit d'admission (5) dans lequel le débit est commandé par un organe d'étranglement mobile (6), le canister (1) dans lequel des vapeurs de carburant sont collectées étant, d'une part, muni d'un évent (4) en communication avec l'atmosphère et, d'autre part, raccordé au conduit d'admission (5) en aval de l'organe d'étranglement (6) par une canalisation (8) sur laquelle est montée ladite vanne (9), qui comprend un calibreur (16) à section de passage constante et un boítier (11) délimitant une chambre (12) mise en communication par une entrée (13) avec le canister (1) et par une sortie (14) avec le conduit d'admission (5), et dans laquelle un clapet (18) de commande du débit de purge du canister (1) est monté mobile par rapport à un siège (17) obturable par le clapet (18), qui est lié en mouvement à un noyau (20) d'un solénoïde dont la bobine (21) est alimentée par un courant électrique moyen variable (I) pour commander l'effort sur le clapet (18) et son écartement du siège (17) en position d'ouverture de la vanne (9),
caractérisée en ce que la sortie (14) de la chambre (12) est reliée au conduit d'admission (5) par l'intermédiaire du calibreur (16) de sorte que la pression en aval du calibreur (16) est la pression dans le conduit (5) en aval de l'organe d'étranglement (6), tandis que l'entrée (13) de la chambre (12) est directement reliée au canister (1) par la canalisation (8), de sorte que l'amont du siège (17) est à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de cette dernière, et le débit de purge traversant le calibreur (16) est modulé de façon continue par modulation de la différence de pression au niveau du clapet (18) résultant de la modulation de l'effort appliqué au clapet (18) par la modulation du courant moyen variable (I) dans la bobine (21). - Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus des moyens élastiques (22) de rappel sollicitant le clapet (18) vers sa position de fermeture contre le siège (17), et en ce que l'alimentation électrique de la bobine (21) du solénoïde développe une force magnétique (Fm) sollicitant le clapet (18) contre les moyens élastiques (22) en position d'ouverture du siège (17).
- Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'arrêt du moteur (M), la bobine (21) du solénoïde est alimentée par un courant électrique tel que le clapet (18) est soumis à une force magnétique l'appliquant contre son siège (17) en position de fermeture de la vanne (9).
- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le courant moyen variable (I) est obtenu en alimentant la bobine (21) du solénoïde par des créneaux de courant électrique rectangulaires à rapport cyclique variable.
- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le courant moyen variable (I) est piloté par un organe (10) de commande sensible à au moins un signal provenant d'au moins un capteur d'un paramètre de fonctionnement du moteur (M), tel qu'un capteur de richesse (24) du mélange air-combustible, et/ou un capteur de pression (23) dans le conduit d'admission (5) en aval de l'organe d'étranglement (6).
- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le siège (17) est aménagé autour de l'entrée (13) de la chambre (12).
- Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le clapet (18) est directement solidaire en mouvement du noyau (20) qui est logé avec la bobine (21) du solénoïde dans la chambre (12) de la vanne (9).
- Vanne selon la revendication 7, caractérisée en ce que la chambre (12) est délimitée dans un boítier (11) de forme sensiblement cylindrique, et le clapet (18), le siège (17), l'entrée (13) de la chambre (12), le noyau (20) et la bobine (21) du solénoïde et, éventuellement, la sortie (14) de la chambre (12), sont sensiblement coaxiaux à l'axe longitudinal du boítier (11).
- Vanne selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le clapet (18) est d'une seule pièce avec le noyau (20) par une tige (19) au moins partiellement engagée axialement avec le noyau (20) dans la bobine (21) du solénoïde.
- Vanne selon la revendication 9, telle que rattachée à la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens élastiques de rappel comprennent au moins un ressort hélicoïdal (22) logé dans la chambre (12) entre le clapet (18) et un support de la bobine (21) dans la chambre (12) de la vanne (9).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9611744A FR2753747B1 (fr) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | Vanne a commande electrique et a ouverture continue en fonctionnement, pour regeneration d'un collecteur de vapeurs de carburant |
| FR9611744 | 1996-09-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP0833049A1 true EP0833049A1 (fr) | 1998-04-01 |
| EP0833049B1 EP0833049B1 (fr) | 2000-04-12 |
Family
ID=9496090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP19970402207 Expired - Lifetime EP0833049B1 (fr) | 1996-09-26 | 1997-09-23 | Vanne à commande électrique et à ouverture continue en fonctionnement, pour régénération de canister |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0833049B1 (fr) |
| DE (1) | DE69701663T2 (fr) |
| ES (1) | ES2146070T3 (fr) |
| FR (1) | FR2753747B1 (fr) |
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|---|---|
| FR2753747A1 (fr) | 1998-03-27 |
| DE69701663T2 (de) | 2000-11-23 |
| DE69701663D1 (de) | 2000-05-18 |
| ES2146070T3 (es) | 2000-07-16 |
| FR2753747B1 (fr) | 1998-11-27 |
| EP0833049B1 (fr) | 2000-04-12 |
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