Brevet FR2907773A1 — publié le 20080502

La présente invention a pour objet un procédé de détection de véhicules diesel dans une installation de distribution de biocarburant en particulier à base d'éthanol équipée d'un système de récupération ou d'aspiration de vapeur. Une telle installation comprend : - une cuve de stockage du biocarburant à distribuer, - un circuit de distribution de liquide comportant une pompe de distribution permettant de faire circuler le biocarburant avec un débit de liquide QL entre la cuve de stockage et le réservoir d'un véhicule, -un circuit de récupération ou d'aspiration de vapeur comportant une pompe de récupération ou d'aspiration permettant de faire circuler la vapeur émise lors du remplissage du réservoir entre celui-ci et la cuve de stockage avec un débit de vapeur Qv, - des moyens de comptage branchés sur le circuit de distribution de li- quide et comportant un mesureur de liquide relié à un générateur d'impulsions ou codeur permettant à un calculateur d'établir le volume et le prix du biocarburant délivré qui apparaissent en clair sur un afficheur, - un pistolet distributeur relié au circuit de distribution de liquide et au circuit de récupération de vapeur et équipé d'un embout permettant de distribuer du biocarburant dans le réservoir d'un véhicule ainsi que d'un orifice annulaire autorisant l'aspiration des vapeurs vers la cuve de stockage, et - une électronique de commande équipée d'un microprocesseur connecté aux moyens de comptage de façon à disposer de la valeur instantanée du débit de liquide QL et coopérant avec des moyens de réglage du dé-bit de vapeur Qv, branchée sur le circuit d'aspiration de vapeur de façon à maintenir le débit de vapeur Qv approximativement égal au débit de liquide QL. Il est à noter que les moyens de réglage du débit de vapeur Qv peuvent être constitués par une électrovanne proportionnelle ou encore par une pompe à vitesse variable. Une telle installation de distribution de biocarburant dont les caractéristiques sont connues en elles-mêmes est à titre d'exemple re-35 présentée sur la figure 1. Selon cette figure, cette installation est équipée d'un pistolet 10 permettant la distribution du biocarburant liquide par un embout 11 et l'aspiration des vapeurs émises par un orifice annulaire 12. 2907773 2 Le biocarburant est stocké dans une cuve souterraine 20 et aspiré par une pompe aspirante/refoulante 30 montée dans un circuit de distribution de liquide comportant une canalisation de distribution 31 plongeant dans la cuve 20. 5 A l'extrémité opposée à la cuve 20 de cette canalisation 31, il est prévu un séparateur liquide/vapeur 35 en aval duquel le flux de biocarburant est canalisé dans la partie externe d'un flexible coaxial 36 puis distribué par le pistolet distributeur 10 avec un débit de liquide QL. La quantité distribuée est déterminée à l'aide de moyens de 10 comptage branchés sur la canalisation 31 et comportant un mesureur 40 associé à un codeur 41, un calculateur 42 et un afficheur 43 donnant le volume et le prix du biocarburant distribué. Pendant la distribution, une pompe 50 montée sur une canalisation 51 permet d'aspirer les vapeurs issues du réservoir en cours de 15 remplissage depuis l'orifice annulaire 12 du pistolet distributeur dans un circuit de récupération des vapeurs émises ; ces vapeurs sont ainsi canalisées au travers de la partie centrale du flexible coaxial 36 jusqu'au séparateur liquide/vapeur 35 puis dans la canalisation de récupération de vapeur 51 reliant le séparateur 35 à la cuve de stockage 20. 20 Par suite, la pompe 50 refoule dans la cuve 20 les vapeurs aspirées qui viennent occuper le volume exact libéré par le biocarburant distribué, de sorte que la pression dans la cuve de stockage 20 reste voisine de la pression atmosphérique PA. Pour assurer une efficacité de récupération des vapeurs 25 émises voisine de 100 %, il faut, à chaque instant de la distribution que le débit de liquide QL soit égal au débit de vapeur Qv. Cette égalité est obtenue grâce à une électrovanne proportionnelle 52 montée sur la canalisation de récupération de vapeur 51 en amont de la pompe 50 et pilotée par une électronique de commande 53 30 munie d'un microprocesseur de façon à réguler le débit Qv. Cette électronique de commande 53 est reliée au codeur 41 ou au calculateur 42 de façon à disposer de la valeur instantanée du débit de liquide QL et transmet en réponse à l'électrovanne 52 un signal de commande d'ouverture qui est fonction de ce débit. Le signal de commande à appliquer à l'électrovanne 52 en fonction du débit de liquide QL a été déterminé dans une phase de calibration préalable de l'installation et mis en mémoire dans le microprocesseur notamment sous la forme d'une table. 2907773 3 L'efficacité de récupération E % qui est définie par le rapport 100(Qv/QL) n'est en fait jamais parfaitement égale à 100 %. Par suite, la cuve de stockage 20 est munie d'un évent 21 et est reliée à l'atmosphère par un système de clapet bidirectionnel 22. 5 Ce système laisse échapper les vapeurs si la pression dans la cuve de stockage 20 est supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple de 20 mbar à la pression atmosphérique PA, ou à l'inverse permet à l'air de pénétrer dans la cuve de stockage si la pression au sein de celle-ci est inférieure à un seuil prédéterminé, et est par exemple inférieure de 10 10 mbar à la pression atmosphérique. La raréfaction du pétrole qui a pour corollaire la constante augmentation de son prix et la prise en considération constante des problèmes liés à la préservation de l'environnement ont conduit les spécialistes à chercher à concevoir des sources d'énergie de substitution. 15 Dans le domaine particulier de l'automobile, les biocarburants, en particulier à base d'éthanol qui sont en règle générale obtenus à partir de betteraves ou de céréales, correspondent à une alternative particulièrement intéressante car maintenant économiquement viable. Pour cette raison, les industriels étudient actuellement des 20 moteurs dits flexfuel qui pourraient être aptes à fonctionner à la fois avec des carburants d'origine pétrolière et des biocarburants. On verra ainsi apparaître dans un futur proche des installations de distribution similaires aux installations de distribution de carburant classiques mais équipées de pistolets distributeurs reliés à une 25 cuve de stockage de biocarburant de manière à permettre sa distribution dans le réservoir de tels véhicules spécialement conçus. Or, dans les installations permettant la distribution de différents types de carburant, il n'est pas rare que des automobilistes inattentifs remplissent le réservoir de véhicules à essence avec du carburant 30 diesel. Une telle méprise peut avoir des conséquences plus ou moins graves mais est en règle générale réparable. Au contraire, le remplissage du réservoir d'un véhicule die-sel avec un biocarburant à base d'éthanol conduira à une destruction 35 quasi immédiate du moteur qui devra alors être remplacé. Cette situation est consécutive au fait que contrairement aux monoalcools inférieurs, le carburant diesel qui est essentiellement constitué d'hydrocarbures à longue chaîne (en règle générale en C14 à 35 2907773 4 C24) donc essentiellement denses et visqueux a des facultés d'autolubrification des pompes à injection. La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant de détecter un véhicule diesel dès qu'il se présente au droit 5 d'un pistolet distributeur de biocarburant d'une installation du type sus-mentionné de façon à pouvoir commander l'arrêt immédiat de la distribution et par suite d'éviter la destruction du moteur de ce véhicule. Il est à noter que les spécialistes n'avaient jamais eu auparavant l'idée de proposer un tel procédé. 10 Conformément à l'invention, ce procédé est caractérisé par la succession des étapes suivantes : - on branche sur le circuit d'aspiration de vapeur un dispositif de détermination de la nature des vapeurs aspirées constitué par l'association d'une part d'un débitmètre volumétrique et d'autre part d'un capteur 15 de mesure de pression relative référencé en particulier à la pression atmosphérique PA, - on relie ce dispositif à l'électronique de commande de façon à lui per-mettre de disposer des valeurs instantanées d'une part du débit de va-peur QvLU indiqué par le débitmètre et d'autre part de la pression 20 relative 8P indiquée par le capteur de pression qui représente la perte de charge dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration, d'une part et le capteur de pression et le débitmètre volumétrique d'autre part, - on effectue une calibration préalable à l'air de l'installation de façon à 25 déterminer une caractéristique liée à la perte de charge à l'air dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part, et on met cette caractéristique en mémoire, - en fonctionnement normal, on mesure à intervalle régulier les valeurs 30 du débit de vapeur QvLU et de la pression relative 8P, - à partir du débit de vapeur QvLU on calcule le débit de vapeur réel instantané par la formule : Qv = QVLU - on détermine la nature de la vapeur circulant dans le circuit d'aspiration de vapeur en tenant compte de la masse volumique p et de PA i 2907773 5 la viscosité de cette vapeur que l'on déduit de la caractéristique liée à la perte de charge à l'air préalablement mise en mémoire, et - on arrête l'installation lorsque l'on constate que les vapeurs aspirées correspondent à du carburant diesel c'est-à-dire sont très proches de 5 l'air. En effet le carburant diesel ne génère quasiment pas d'évaporation pour les températures auxquelles il est utilisé dans les véhicules routiers (-20 % à + 50 C). En cas de détection de l'aspiration des vapeurs correspondant à du carburant diesel, on peut en outre avantageusement générer une alarme visible et/ou sonore pour le conducteur de véhicule. La mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ne nécessite donc que l'adjonction à une installation de distribution de carburant classique du type susmentionné d'un débitmètre volumique et d'un 15 capteur de mesure de pression relative référencé en particulier à la pression atmosphérique PA. Un tel débitmètre et un tel capteur de pression correspondent à des appareils particulièrement robustes et bon marché. De plus, comme ces équipements sont souvent déjà pré- 20 sents dans les distributeurs de carburant afin de contrôler la fonction de récupération de vapeur et donc réduire les émissions de composés organiques volatils, cette nouvelle fonction n'augmente pas significativement le coût de l'installation. Une installation de distribution de biocarburant équipée 25 conformément à l'invention d'un dispositif de détermination de la nature des vapeurs aspirées qui est constitué par l'association d'une part d'un débitmètre volumique et d'autre part d'un capteur de mesure de pression relative est à titre d'exemple représenté sur la figure 2. Selon cette figure, le dispositif de détermination 60 de la 30 nature des vapeurs aspirées est branché sur la canalisation de récupération de vapeur 51 entre le séparateur liquide/vapeur 35 et l'électrovanne proportionnelle 52. L'électronique de commande 53 est reliée au dispositif 60 et peut ainsi disposer des valeurs instantanées d'une part du débit de va- 35 peur QvLU indiqué par le débitmètre et d'autre part de la pression relative 8P indiquée par le capteur de pression relative. Selon l'invention, le capteur de pression a en règle générale par construction sa référence à la pression atmosphérique PA ; il délivre 2907773 6 donc une information relative 8P qui correspond à la différence entre la pression absolue au point de mesure et la pression atmosphérique. Dans l'installation représentée sur la figure 2, vu que l'aspiration des vapeurs au niveau de l'orifice annulaire 12 du pistolet 5 distributeur 10 se fait à la pression atmosphérique PA, 8P représente la perte de charge dans la partie du circuit de récupération de vapeur comprise entre le point d'aspiration, c'est-à-dire le pistolet distributeur 10 d'une part et le dispositif 60 d'autre part. Bien entendu 8P est négatif en aspiration, en effet : 10 8P=P-PAetP REVENDICATIONS 1 ) Procédé de détection de véhicules diesel dans une installation de distribution de biocarburant en particulier à base d'éthanol équipée d'un système de récupération ou d'aspiration de vapeur, cette installation corn- prenant : - une cuve de stockage du biocarburant à distribuer, - un circuit de distribution de liquide comportant une pompe de distribution permettant de faire circuler le biocarburant avec un débit de liquide QL entre la cuve de stockage et le réservoir d'un véhicule, - un circuit de récupération ou d'aspiration de vapeur comportant une pompe de récupération ou d'aspiration permettant de faire circuler la vapeur émise lors du remplissage du réservoir entre celui-ci et la cuve de stockage avec un débit de vapeur Qv, - des moyens de comptage branchés sur le circuit de distribution de li- quide et comportant un mesureur de liquide relié à un générateur d'impulsions ou codeur permettant à un calculateur d'établir le volume et le prix du biocarburant délivré qui apparaissent en clair sur un afficheur, - un pistolet distributeur relié au circuit de distribution de liquide et au circuit de récupération de vapeur et équipé d'un embout permettant de distribuer du biocarburant dans le réservoir d'un véhicule ainsi que d'un orifice annulaire autorisant l'aspiration des vapeurs vers la cuve de stockage, et - une électronique de commande équipée d'un microprocesseur connecté aux moyens de comptage de façon à disposer de la valeur instantanée du débit de liquide QL et coopérant avec des moyens de réglage du dé-bit de vapeur Qv, notamment avec une électrovanne proportionnelle branchée sur le circuit d'aspiration de vapeur de façon à maintenir le débit de vapeur Qv approximativement égal au débit de liquide QL, procédé caractérisé en ce qu' - on branche sur le circuit d'aspiration de vapeur un dispositif de détermination de la nature des vapeurs aspirées constitué par l'association d'une part d'un débitmètre vapeur volumétrique QvLU et d'autre part d'un capteur de mesure de pression relative référencé en particulier à la pression atmosphérique PA, - on relie ce dispositif à l'électronique de commande de façon à lui per-mettre de disposer des valeurs instantanées d'une part du débit de va-peur QvLU indiqué par le débitmètre et d'autre part de la pression 2907773 15 relative 8P indiquée par le capteur de pression qui représente la perte de charge dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration, d'une part et le capteur de pression et le débitmètre volumétrique d'autre part, 5 - on effectue une calibration préalable à l'air de l'installation de façon à déterminer une caractéristique liée à la perte de charge à l'air dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part, et on met cette caractéristique en mémoire, 10 - en fonctionnement normal, on mesure à intervalle régulier les valeurs du débit de vapeur QvLU et de la pression relative 8P, - à partir du débit de vapeur QvLU on calcule le débit de vapeur réel instantané par la formule : Qv = QVLU 15 PA i - on détermine la nature de la vapeur circulant dans le circuit d'aspiration de vapeur en tenant compte de la masse volumique p et de la viscosité p. de cette vapeur que l'on déduit de la caractéristique liée à 20 la perte de charge à l'air préalablement mise en mémoire, et - on arrête l'installation si l'on constate que la nature des vapeurs aspirées correspond à de l'air. 2 ) Procédé selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que si l'on constate que la nature des vapeurs aspirées correspond à du carburant diesel on génère une alarme visuelle et/ou audible pour le conducteur du véhicule. 30 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la caractéristique liée à la perte de charge à l'air dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part est la résistance R qui est 35 définie par l'équation 10 2907773 16 Q Vx dans laquelle : 8P représente la perte de charge exprimée en Pascal 5 Qv représente le débit de vapeur exprimé en m3/s x représente un paramètre égal à 7/4 en théorie et à environ 1,8 dans la pratique, la perte de charge 8P étant par ailleurs définie par l'équation : [L , p3 /4 QVx .1.1,1 /4 19 / 4 d dans laquelle : L représente la longueur de la partie de circuit considérée exprimée en mètres, 15 d représente le diamètre considéré comme constant de cette partie de circuit exprimé en mètre, g représente la viscosité de la vapeur exprimée en Pa.s p représente la masse volumique de la vapeur exprimée en g/1 et C représente un paramètre égal à 0,2414. 20 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé par la succession des étapes suivantes : - on établit par calcul une table T [ Qv, QvX] dans laquelle on associe une valeur Qvx à différents débits de vapeur Qv compris entre 0 et QvMax, et 25 on met cette table en mémoire, -lors de l'étape de calibration préalable à l'air de l'installation on actionne la pompe d'aspiration et on commande les moyens de réglage de façon à obtenir plusieurs débits de vapeur Qv différents, - on mesure la pression relative 8P correspondant à ces débits de vapeur 30 Qv et on en déduit pour chacun, à partir de la table T [Qv, QvX] une va-leur de la résistance à l'air R de la partie du circuit d'aspiration de va-peur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part, - on effectue la moyenne RO des différentes valeurs R ainsi obtenues et 35 on met celle-ci en mémoire, ôp = C 2907773 17 - en fonctionnement normal, on mesure à intervalle régulier les valeurs du débit de vapeur QvLU et de la pression relative 8P, - à partir du débit de vapeur QvLU on calcule le débit de vapeur réel Qv par la formule : 5 Qv = QVLU PA / - on en déduit la valeur Qvx à partir de la table T [Qv, Qvx], - on calcule la valeur de la résistance à la vapeur R1 de la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part, - on compare la résistance à la vapeur R1 à la résistance à l'air RO, et - on arrête l'installation si la valeur du rapport R1 /RO est proche de 1 15 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par la succession des étapes suivantes : - lors de l'étape de calibration préalable à l'air de l'installation, on actionne la pompe d'aspiration et on actionne pas à pas les moyens de réglage de façon à faire varier le débit d'air circulant dans le circuit 20 d'aspiration de vapeur, - à chaque pas, on mesure les valeurs du débit de vapeur QvLU et de la pression relative 8P, - à partir du débit de vapeur QvLU on calcule le débit de vapeur réel Qv par la formule : 25 Qv = QVLU P \ A / - on établit une table TO [8P, Qv] qui représente la caractéristique liée à la perte de charge à l'air dans la partie du circuit d'aspiration de va- 30 peur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part, et on met cette table TO [8P, Qv] en mémoire, - en fonctionnement normal, on mesure à intervalle régulier les valeurs du débit de vapeur QvLU et de la pression relative 8P, 2907773 18 - à partir du débit de vapeur QvLU on calcule le débit de vapeur réel Qv par la formule : Qv = QVLU 8P + 1 PA 5 10 - pour chaque débit de vapeur Qv on recherche dans la table TO [8P, Qv] la pression relative 6Pair correspondant au même débit d'air, - on compare les pressions relatives 8P et 6Pair par calcul d'un facteur défini par l'équation : = bP ù SPair SPair la pression relative 8P qui correspond à la perte de charge dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration 15 d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part étant par ailleurs définie par l'équation : [L , p3 /4 Qvx , g1/4 19 / 4 d 20 dans laquelle, si 8P est exprimé en Pascal, L représente la longueur de la partie de circuit considérée exprimée en mètre, d représente le diamètre considéré comme constant de cette partie de circuit, exprimé en mètre, 25 g représente la viscosité de la vapeur exprimé en Pa.s, p représente la masse volumique de la vapeur exprimée en g/1, C représente un paramètre égal à 0,2414, Qv représente le débit de vapeur exprimé en m3/s, et x représente un paramètre égal à 7/4 en théorie et à environ 1,8 dans la 30 pratique, et le facteur X étant par suite également défini par l'équation : 8P=C 2907773 19 (3/4 1/4) vapeur (3/4 1/4l ù 1 IJ air - on arrête l'installation lorsque l'on constate que la valeur de est proche de zéro ce qui permet d'établir que les vapeurs aspirées correspon- 5 dent à de l'air. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue une autocalibration périodique à l'air de l'installation de façon 10 à mettre à jour la caractéristique liée à la perte de charge à l'air dans la partie du circuit d'aspiration de vapeur comprise entre le point d'aspiration d'une part et le capteur de pression et le débitmètre d'autre part. 15 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue une correction des effets de la température. 8 ) Procédé selon la revendication 6, 20 caractérisé en ce que l'on effectue des autocalibrations à l'air répétées avec une fréquence suffisante pour s'affranchir de la correction de température. 25