Brevet FR2904951A1 — publié le 20080222

L'invention concerne un procédé préventif de mise en sécurité des organes du groupe motopropulseur d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, avant ou pendant sa phase de démarrage à la suite d'une modification (dégradation, pollution) de la nature du carburant contenu dans le réservoir et le système d'alimentation en carburant du moteur. Malgré les dispositions réglementaires ou internes, prises par les distributeurs de carburants et les constructeurs de véhicules, telles que les procédures qualités des raffineurs et distributeurs, l'affichage de la nature des carburants en station, le diamètre du bec de pistolet de distribution et le diamètre du système de remplissage du réservoir en particulier, de nombreux utilisateurs introduisent volontairement ou non un carburant non adapté dans le réservoir de leur véhicule. Un nombre croissant de véhicules est utilisé avec des produits non agréés par les constructeurs et les services de douanes, comme des huiles de fritures usagées, des huiles végétales non estérifiées, des fiouls domestiques provoquant des dégâts importants pour le groupe motopropulseur, son système d'alimentation en carburant et son système de post-traitement. Les dégradations (encrassage des injecteurs, du moteur, du réservoir, bouchage des filtres, grippage des pompes, désactivation des catalyseurs) peuvent être sévères, impactent lourdement les phases d'injections et de combustions du moteur et augmentent les émissions polluantes réglementées ou non, et peuvent mener à la casse moteur. De même certains carburants tels que les émulsions eau/gazole ou essence/alcool ou gazole/biocarburants peuvent être instables et leur qualité se dégrader dans le temps (stabilité au stockage, phénomène de démixtion entre l'essence et l'éthanol ou le gazole et le diester au dessus de 5%). Ces diverses sources de dégradation de la nature du carburant entraînent potentiellement un accroissement de la pollution du véhicule, des dommages pour le véhicule ou tout au moins des opérations de corrections importantes. L'invention vise à répondre au besoin de mise en sécurité préventive des organes du groupe motopropulseur d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, avant ou pendant sa phase de démarrage à la suite d'une dégradation de la nature du carburant contenu dans le réservoir et le système d'alimentation en carburant. La nature et le niveau de la dégradation sont mesurés par un système de type 2904951 2 microanalyseur basé sur la mesure des interactions entre un rayonnement électromagnétique et les molécules comme par exemple le Carbone, l'Hydrogène, l'Oxygène qui constituent le carburant. Ce système est connecté à un système actif ou passif visant à informer l'utilisateur de manière visuelle ou sonore et/ou à 5 mettre automatiquement en sécurité des organes du groupe motopropulseur. L'innovation permet de répondre à un problème connu et récurrent dont le niveau va croissant car elle permet d'alerter l'utilisateur et/ou de stopper préventivement le processus de démarrage du véhicule afin de confiner au système d'alimentation 1 o du véhicule et à lui seul l'impact de la dégradation de la nature du carburant. Une simple vidange et rinçage du réservoir suffira à remettre le véhicule en condition opérationnelle. A cet effet, l'invention concerne un procédé de mise en sécurité des organes du 15 groupe motopropulseur d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, avant ou pendant sa phase de démarrage à la suite d'une dégradation de la nature du carburant contenu dans le réservoir et le système d'alimentation en carburant du moteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape de diagnostic du type et de l'importance de la dégradation de la nature du carburant, ladite étape 20 étant basée sur la mesure des interactions entre un rayonnement électromagnétique et les molécules constituants le carburant, ladite mesure étant réalisée par un système d'analyse, et une étape d'activation d'un système de mise en sécurité des organes du groupe motopropulseur en fonction des résultats de l'étape d'analyse. 25 Le système d'analyse est constitué d'au moins un microanalyseur implanté dans le circuit carburant comprenant le système de remplissage, le réservoir, les pompes, les filtres à carburant, le circuit d'alimentation du moteur et le circuit retour vers le réservoir. 30 Les exemples suivants illustrent certaines des actions visant à la mise en sécurité des organes du groupe motopropulseur, ces actions pouvant être mises en oeuvre au cours de l'étape d'activation du système de mise en sécurité des organes du groupe motopropulseur : - Alarme de l'utilisateur de manière sonore ou visuelle, 2904951 3 Activation automatique d'un système empêchant le démarrage du véhicule, Activation automatique d'un système de purge du ou des filtres à carburant, Activation automatique d'un système permettant le by-pass des filtres post-traitement d'échappement. 5 Les exemples suivants illustrent certaines sources possibles de dégradations ou de pollutions possibles du carburant : Essence introduite dans le réservoir d'un véhicule Diesel, Gazole introduit dans le réservoir d'un véhicule essence, 10 Fioul Domestique introduit dans le réservoir d'un véhicule essence ou Diesel, Autres produits introduits dans le réservoir d'un véhicule essence ou Diesel, notamment : o Produits présentant une haute teneur en soufre, o Produits présentant une teneur importante en molécules d'eau libre, 15 Émulsion eau /gazole dégradée, Huile de friture usagée ou non, Huile végétale non estérifiée (huile de table), Démixtion (séparation) Essence/Ethanol, Démixtion Gazole/EMHV. 20 Selon une réalisation particulière, la mesure des interactions entre un rayonnement électromagnétique et les molécules constituants le carburant par le système d'analyse comprend une étape d'analyse spectroscopique des hydrocarbures composant le carburant. L'analyse spectroscopique consiste en une analyse proche 25 infrarouge du carburant. En effet, l'analyse proche infrarouge est particulièrement bien adaptée au diagnostic de la dégradation de la nature des carburants dans le sens ou l'analyse proche infrarouge est une méthode très sensible et que le spectre proche infrarouge 30 peut être considéré comme l'ADN du produit. De plus, l'analyse proche infrarouge est particulièrement répétable. Il est possible de citer les ouvrages de référence pour le proche infrarouge comme celui de L. G. WEYER publié en 1985 ou le Handbook of near infrared 2904951 4 analysis publié en 1992 ou des publications plus spécifiques comme les applications spectroscopiques en pétrochimie et raffinage comme présentées dans les articles de Jérôme WORKMAN Jr en 1996 ou de M. VALLEUR en 1999. 5 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, en référence aux figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit d'alimentation en carburant d'un moteur dans lequel le procédé selon l'invention est mis en oeuvre 10 avec un premier mode de réalisation du microanalyseur du système d'analyse. La figure 2 est une représentation schématique similaire à la figure 1 avec un deuxième mode de réalisation du microanalyseur du système d'analyse. 15 La figure 3 est une représentation schématique d'un circuit d'alimentation en carburant d'un moteur dans lequel les différentes possibilités de positionnement du système d'analyse du procédé selon l'invention sont mises en évidence. La figure 4 est un diagramme représentant les étapes principales du procédé. La figure 5 représente deux méthodologies de mise en évidence de dégradation du carburant. En référence à la figure 1, on décrit un procédé de mise en sécurité des organes du 25 groupe motopropulseur d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, avant ou pendant sa phase de démarrage du moteur utilisant un système d'analyse comprenant un microanalyseur 8 de diagnostic de dégradation de la nature du carburant contenu dans le réservoir et le système d'alimentation en carburant du moteur. 30 Le moteur est alimentée en carburant par le circuit carburant 1, comprenant un réservoir 2, un système de remplissage du réservoir 3 et un circuit d'alimentation en carburant 4. Le circuit comprend par exemple une ou plusieurs pompes à carburant 5, un ou plusieurs filtres à carburant 6 et le circuit retour vers le réservoir 20 2904951 5 7. Le procédé selon l'invention est adapté pour tout type de carburants (gaz, gaz liquéfié, essence, kérosène, gazole, émulsion eau/gazole, fiouls, biocarburants) répondant aux normes sur les carburants et biocarburants, additivés ou pas, dont les constituants majeurs sont le Carbone, l'Hydrogène et l'Oxygène. 5 Le diagnostic de dégradation de la nature du carburant contenu dans le réservoir et le système d'alimentation en carburant du moteur consiste en une analyse proche infrarouge du carburant. Elle pourrait également consister en une analyse par Infrarouge, ou une analyse chromatographique en phase gaz ou liquide ou une 10 analyse RMN ou une analyse par ultraviolet ou en plusieurs de ces analyses conduites simultanément selon le même principe. Selon une réalisation représentée sur la figure 1, un microanalyseur spectroscopique 8 est implanté dans le circuit carburant 1 et est relié à un système 15 électronique ou numérique de mise en sécurité 13 des organes du groupe motopropulseur de manière active ou passive (A). Le système de mise en sécurité 13 est un système actif ou passif informant le calculateur moteur. Dans le cas d'une analyse proche infrarouge, le microanalyseur 8 est constitué 20 d'une source lumineuse 9, d'un système de séparation de lumière, d'une cellule d'échantillonnage du carburant 10, d'un système de détection photosensible 11 et d'un calculateur dédié 12. Le calculateur dédié 12 permet de piloter les séquences de mesure, de régler et de contrôler le bon fonctionnement du microanalyseur 8. Le calculateur 12 contient les modèles permettant d'effectuer la totalité des calculs 25 associés au traitement du spectre proche infrarouge. Le calculateur 12 est relié au système électronique ou numérique de mise en sécurité 13 des organes du groupe motopropulseur de manière active ou passive. Dans le cas du proche infrarouge, le microanalyseur 8 peut comporter 30 indifféremment une seule source et un seul détecteur ou plusieurs sources lumineuses et un seul détecteur ou une seule source et plusieurs détecteurs ou plusieurs sources lumineuses et plusieurs détecteurs. Il peut utiliser dans le cas du proche infrarouge non dispersif des filtres interférentiels ou à cristal ou un système 2904951 6 à transformée de fourier. Le microanalyseur 8 peut être à accès séquentiels ou multiplexés. Selon une autre réalisation représentée sur la figure 2, l'utilisation de fibres 5 optiques 15 et d'une sonde plongeante 14 adaptées est possible pour délocaliser le système d'échantillonnage des autres composants du microanalyseur 8. Le microanalyseur 8 peut être un spectromètre proche infrarouge à barrette composées d'une pluralité de photodiodes qui émettent chacune l'intensité to lumineuse à une longueur d'onde donnée. Le détecteur 11 est un semi-conducteur à base de Silicium (Si) ou d'un alliage de type complexe (InGaAs, InAs, InSb, PbS, PbSe) à haute sensibilité. Le détecteur 11 peut être refroidi ou non. La figure 3 montre que le microanalyseur 8 peut être placé dans le réservoir 15 (Position Pl), au niveau du système de remplissage du réservoir (Position P2), dans le circuit d'alimentation en carburant du moteur 4. Dans ce dernier cas, le microanalyseur 8 peut être placé dans la pompe (Position P3) entre la pompe 5 et le filtre 6 (Position P4), dans le filtre 6 (Position P5) ou après le filtre 6 (Position P6). Le microanalyseur peut être également implanté dans le circuit retour 7 du 20 carburant (Position P7). Le microanalyseur 8 est agencé pour effectuer des mesures dans les régions spectrales comprises entre 780 et 2500 nanomètres (12820 cm-1 à 4000 cm 1). On peut par exemple prévoir des plages de mesures successives comprises entre 780 25 nanomètres et 1100 nanomètres (12820 cm-1 à 9090 cm 1), 1100 nanomètres et 2000 nanomètres (9090 cm -1 à 5000 cm-1) et 2000 nanomètres et 2500 nanomètres (5000 cm-1 à 4000 cm"). A cet effet, le système d'échantillonnage est agencé pour présenter un trajet optique, c'est-à-dire une épaisseur de la cellule de mesure au travers de laquelle se fait la mesure, comprise entre 0,5 millimètres et 100 30 millimètres, c'est-à-dire des trajets optiques correspondant aux plages de longueurs d'ondes de 50 millimètres à 100 millimètres dans le premier cas, de 10 millimètres à 20 millimètres dans le second cas et de 0.5 millimètres à 5 millimètres dans le dernier cas. 2904951 7 Le microanalyseur 8 est agencé pour effectuer le spectre proche infrarouge du carburant circulant dans le circuit carburant d'alimentation 1 du moteur en réflectance, transmittance, absorbance ou en diffusion. 5 Le microanalyseur (8) possède une résolution spectacle (précision) réglable de 1 cm' à 20 cm-' préférentiellement à 4 cm'. Le système optique et d'échantillonnage du microanalyseur 8 peut être également autonettoyant ce qui permet d'éviter d'avoir à le démonter afin de le nettoyer. 10 La figure 4 représente les différentes étapes du procédé : ù B : Collecte du spectre proche infrarouge ; ù C : Méthode mathématique permettant de mettre en évidence une dégradation de la nature du carburant, de son type et niveau ; 15 ù D : Transfert de la table d'adressage du calculateur (12) du microanalyseur (8) au système de mise en sécurité 13 active ou passive des organes du groupe motopropulseur. ù A : Mise en sécurité de manière active ou passive des organes du groupe motopropulseur. 20 La figure 5 illustre la méthode mathématique de détermination de la dégradation de la nature du carburant. Les mesures des spectres en proche infrarouge du carburant sont faites par exemple en absorbance dans les zones de longueurs d'onde considérées. Les valeurs des absorbances mesurées à chaque longueur d'onde 25 sélectionnée sont comparées à une ou des enveloppes spectrales (ER) (5.1 et 5.2) ou points de référence (PR) (5.3 et 5.4) de manière à déterminer l'existence d'une dégradation de la nature du carburant, et plus précisément le type et le niveau (échelle) de cette dégradation. Dans les exemples 5.1 et 5.3, les valeurs des absorbances du carburant mesurées à chaque longueur d'onde sélectionnée sont 30 comprises dans les enveloppes (ER) ou points de références (PR), ceci permet de conclure à l'absence de dégradation notable du carburant. Dans les exemples 5.2 et 5.4, les valeurs des absorbances du carburant mesurées à chaque longueur d'onde sélectionnée ne sont pas comprises dans les enveloppes (ER) ou points de références (PR), ceci permet de conclure à l'existence d'une dégradation notable 2904951 8 du carburant ; le type de dégradation peut être déterminé par l'étude des longueurs d'onde dont les absorbances sont en dehors des enveloppes ou points de références ; les écarts entre les absorbances mesurées à chaque longueur d'onde sélectionnée et les enveloppes ou points de références permettent de déterminer le 5 niveau (échelle) de cette dégradation. Le système comporte de plus des moyens d'autodiagnostic permettant de valider automatiquement le ou les résultats ou de mettre en évidence de manière automatique le défaut de fonctionnement du système. Les moyens d'autodiagnostic permettent d'assurer le bon fonctionnement du système ou le cas échéant pour informer l'utilisateur, l'EOBD et le contrôle 10 moteur. Le ou les résultats sont envoyés vers le ou les systèmes de mise en sécurité 13 active ou passive des organes du groupe motopropulseur. Un exemple de table (figure 3 [X]) adressée par le calculateur 12 du microanalyseur 8 au système de mise en sécurité 13 active ou passive des organes 15 du groupe motopropulseur est représenté dans le tableau ci-dessous. La table est celle obtenue pour une dégradation de la nature du carburant due à l'introduction d'eau. Dégradation Type de Niveau de Statut dégradation dégradation autodiagnostic Oui Eau 3 OK 20 Dans le cas ou une dégradation de la nature du carburant est détectée, le système numérique ou électronique 13 peut mettre automatiquement des organes du groupe motopropulseur en sécurité ou informer de manière visuelle ou sonore l'utilisateur ; ceci dans le but d'éviter d'endommager le groupe motopropulseur. 25 Une étape de stockage des dégradation de la nature des carburant, de leur type et niveau est utilisée de façon à former un historique précis de ces dégradations. Le système actif de mise en sécurité 13 peut agir directement ou indirectement sur les paramètres du circuit carburant, les paramètres d'injection de carburant, les 2904951 9 paramètres de combustion, les paramètres de post traitement et/ou les paramètres de démarrage du véhicule. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en sécurité des organes du groupe motopropulseur d'un véhicule équipé d'un moteur thermique, avant ou pendant sa phase de démarrage à la suite d'une dégradation de la nature du carburant contenu dans le réservoir (2) et le système d'alimentation en carburant du moteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape de diagnostic du type et de l'importance de la dégradation de la nature du carburant, ladite étape étant basée sur la mesure des interactions entre un rayonnement électromagnétique et les molécules constituants le carburant, ladite mesure étant réalisée par un système d'analyse, et une étape d'activation d'un système de mise en sécurité (13) des organes du groupe motopropulseur en fonction des résultats de l'étape d'analyse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de mise en sécurité est un système d'alarme visuelle ou sonore de l'utilisateur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de mise en sécurité est un système actif ou passif informant le calculateur moteur. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système actif de mise en sécurité agit directement ou indirectement sur les paramètres du circuit carburant, les paramètres d'injection de carburant, les paramètres de combustion, les paramètres de post traitement et/ou les paramètres de démarrage du véhicule. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de mise en sécurité comporte des moyens d'autodiagnostic pour assurer le bon fonctionnement du système ou le cas échéant pour informer l'utilisateur, l'EOBD et le contrôle moteur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape de diagnostic de la dégradation de la nature du carburant comprend une étape d'adressage d'au moins une table comprenant des valeurs de critères représentant la nature, le type et le niveau de dégradation du carburant, à destination du système de mise en sécurité. 2904951 11 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mesure des interactions entre des radiations électromagnétiques et les molécules composant le carburant consiste en une analyse spectroscopique infrarouge 5 (proche, moyen et lointain) et/ou une analyse spectroscopique ultraviolet et/ou une analyse spectroscopique RMN. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système d'analyse comprend au moins un microanalyseur (8) permettant la 1 o mesure des interactions entre des radiations électromagnétiques et les molécules composant le carburant, ledit microanalyseur étant implanté dans le circuit carburant (1) comprenant le système de remplissage (3), le réservoir (2), les pompes (5), les filtres à carburant (6), et les circuits d'alimentation du moteur (4) et un circuit retour (7) vers le réservoir. 15 9. Procédé selon la revendication 8 lorsqu'elle dépend de la revendication 7, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur spectroscopique (8). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le microanalyseur 20 spectroscopique (8) est un microanalyseur proche infrarouge. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le microanalyseur proche infrarouge (8) est agencé pour effectuer des mesures dans les régions spectrales comprises entre 780 nm et 2500 nm. 12. Procédé selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le microanalyseur (8) est agencé pour présenter un trajet optique, c'est-à-dire une épaisseur de la cellule de mesure, comprise entre 0.5 mm et 100 mm. 30 13. Procédé selon l'une quelconques des revendications 10 à 12, caractérisé en ce le microanalyseur (8) est agencé pour présenter une résolution spectrale, c'est-à-dire une précision de mesure allant de 1 cm -1 à 20 cm -1 25 2904951 12 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé à partir d'une source lumineuse (9), d'une cellule d'échantillonnage (10), d'un système de traitement optique (sélection, atténuation, amplification) de la lumière, d'un détecteur (11) et d'un 5 calculateur (12). 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé à partir d'une sonde plongeante (14) et de fibres optiques (15). 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé au moyen d'un instrument comportant une pluralité de diodes émettrices infrarouge de bandes. 15 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé au moyen d'un instrument comportant un détecteur composé de diodes photosensibles à haute sensibilité. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il 20 prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé au moyen d'un instrument comportant une source lumineuse infrarouge polychromatique. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé au moyen d'un instrument 25 comportant un système de sélection de longueurs d'onde. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il prévoit d'utiliser un microanalyseur (8) réalisé à partir d'au moins un instrument à Transformée de Fourier. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 20, caractérisé en ce que le microanalyseur (8) est autonettoyant. 10 30 2904951 13 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 21, caractérisé en ce que le microanalyseur (8) est placé (P1) dans le réservoir à carburant (2), (P2) dans le système de remplissage du réservoir, (P3) entre la pompe à carburant (5) et le filtre à carburant (6), (P4) dans le filtre à carburant (6), (P5) en aval du filtre à 5 carburant (6) ou (P6) dans le circuit retour (7). 23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 22, caractérisé en ce que les mesures des spectres en proche infrarouge du carburant sont faites en absorbance, en réflectance, en transmittance ou en diffusion dans les zones de 10 longueurs d'onde considérées. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que les valeurs des absorbances, transmittances, réflectances ou diffusions mesurées à chaque longueur d'onde sélectionnée sont comparées à une ou des enveloppes spectrales 15 ou points de référence de manière à déterminer l'existence d'une dégradation de la nature du carburant, et plus précisément le type et le niveau (échelle) de cette dégradation. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce qu'il 20 comprend une étape de stockage des informations du type et du niveau de dégradation de la nature du carburant de façon à former un historique. 25