Dossier technique : Capteur numérique combiné

Le capteur TRICAN est capable d’établir une communication bidirectionnelle avec un autre capteur externe afin d’établir un diagnostic de plausibilité au niveau du système. Sa sortie numérique selon la norme J1939, CAN2.0 peut être configurée en fonction des besoins du client (trame CAN).

Le capteur TRICAN fournit sur demande les mesures de l’humidité relative, de l’humidité spécifique et du point de rosée. Il mesure également la température de l’air et la pression d’admission, comme le montre la figure 4.

• L’humidité relative (RH) est le rapport entre la pression partielle de vapeur d’eau et la pression de vapeur saturante de l’eau à une température donnée.
• L’humidité spécifique (Sh) est le rapport entre la masse de vapeur d’eau et la masse totale de la particule d’air humide.
• Le point de rosée (DP) est la température à laquelle l’air doit être refroidi pour devenir saturé en vapeur d’eau. Lorsque l’air est refroidi davantage, il se condense pour former de l’eau liquide.

La cellule d’humidité de TE est un capteur haute performance unique en termes de précision, de robustesse, de réponse et de temps de récupération. Un polymère diélectrique mince est retenu entre une électrode supérieure et une inférieure. La capacité diélectrique est proportionnelle à l’humidité mesurée. Sa position sur le capteur permet un temps de récupération rapide après condensation et en même temps, une solide protection contre les polluants. Notre capteur d’humidité offre l’une des hystérésis les plus basses et le temps de réponse le plus rapide sur le marché actuellement.

Le capteur de pression de TE est développé spécialement pour l’admission d’air des TIC. Sa plage de température de fonctionnement est de - 40 °C à + 125 °C et offre une plage de pression allant jusqu’à 250 kPa avec une temps de réponse très rapide.

Le capteur de température est un CTN (coefficient de température négatif) soudé sur le circuit imprimé. Il offre une plage de mesure de température allant de - 40 °C à 105 °C avec une précision de ± 0,5 °C.

L’humidité est connue pour affecter la densité de l’air d’admission et donc la combustion [3, 4]. La boucle RGE ajoute de l’humidité à l’entrée d’air. Les capteurs d’humidité, de température et de pression permettent d’améliorer les performances et d’optimiser la consommation de carburant. Cela offre les avantages suivants :

• Adaptation de l’injection
• Adaptation du calage de l’allumage
• Surveillance de la condensation RGE pour éviter une réduction de la durée de vie des cylindres
• Réduction des émissions de NOx
• Optimisation du contrôle de la boucle RGE

Dans les moteurs au gaz naturel, la puissance maximale réalisable est fonction de l’humidité d’admission d’air. Un rapport air/carburant précis dans les moteurs à mélange pauvre est essentiel.

L’excès d’air réduit la température de combustion et par conséquent, les émissions d’oxyde d’azote sont réduites de moitié par rapport à un moteur au GN classique. Avec l’excès d’oxygène, la combustion est plus efficace, car davantage d’énergie est produite à partir de la même quantité de carburant.

La limite du mélange pauvre est fonction de l’humidité et doit être adaptée en temps réel pour :

• Améliorer le rendement
• Réduire les émissions de NOx, les cliquetis et les ratés d’allumage

L’estimation virtuelle du NOx permet une réduction importante des coûts grâce au retrait du capteur de NOx en amont. L’un des principaux avantages est que la précision du capteur TRICAN est élevée, même dans des conditions de démarrage à froid, qui génèrent 50 % des émissions du cycle de conduite et où les capteurs de NOx ne sont pas efficaces pendant au moins 20 minutes. Dans ces conditions particulières, les émissions sont les plus élevées et nécessitent une stratégie spécifique.

De plus, les capteurs de température et de pression à l’admission peuvent être remplacés par le capteur TRICAN, entraînant une réduction supplémentaire des coûts.

Notre capteur d’humidité, de pression et de température complète ou remplace les capteurs de NOx en amont. Il offre une grande précision, une grande fiabilité et une faible dérive tout au long de sa durée de vie. Il est également utilisé dans un moteur combiné à un capteur de NOx en amont pour fournir une capacité de diagnostic du système et surveiller avec précision les émissions de NOx tout au long de sa durée de vie.

Une humidité relative élevée ou une humidité presque saturée (Rh > 80 %) est nécessaire pour assurer une performance optimale des piles à combustible. La perméabilité de la membrane échangeuse de protons dépend de sa teneur en eau. Par conséquent, l’humidité relative est l’une des conditions de fonctionnement les plus importantes affectant les performances et le rendement des piles à combustible pendant toute la durée de vie de la pile. 

Un humidificateur est utilisé à l’entrée de la pile à combustible pour corriger le taux d’humidité. L’un des principaux défis pour le capteur est le démarrage à froid lorsque de la condensation peut se produire. L’expérience sur le terrain dans des environnements difficiles tels que les camions, les engins de chantier et les véhicules tout-terrain, où la cellule d’humidité de TE est utilisée, a prouvé qu’il s’agit d’une solution fiable qui offre un temps de récupération rapide après la condensation et un temps de réponse élevé. La pression est également un paramètre clé pour le contrôle de la densité de puissance. Le capteur TRICAN est donc adapté aux environnements avec un taux d’humidité et des températures élevés.  De plus, les éléments de détection sont protégés contre la contamination chimique.

En raison de la réduction de la vitesse de combustion, la pression maximale du cylindre diminue lorsque l’humidité spécifique augmente. Comme le montre la figure 9, le couple moteur diminue de 5,5 % lorsque l’humidité spécifique augmente de 10 à 40 g/kg due à la réduction maximale de la pression. Dans des conditions où l’humidité spécifique est de 15 g/kg, si la mesure varie de 5 g/kg, le couple moteur diminuera de 1 %.

Les émissions d’hydrocarbures proviennent de particules non brûlées dues à des phénomènes d’extinction des parois. Elles augmentent lorsque l’humidité de l’air augmente, tandis que le dioxyde de carbone et l’oxyde d’azote diminuent lorsque l’humidité de l’air augmente.

Pour les conditions où l’humidité spécifique est de 15 g/kg et où la mesure varie de 5 g/kg, l’impact des émissions est de 1,5 % d’hydrocarbures en plus, de 7,2 % d’oxyde d’azote en plus et de 5,4 % de dioxyde de carbone en plus.

La température adiabatique de fin de combustion affecte la quantité de chaleur libérée pendant la combustion et par conséquent, le travail effectué par le piston, ce qui affecte la puissance du moteur.