Brevet FR3127258A1 — publié le 20230324

Ce procédé de récupération de vapeurs d'essence issues d'un réservoir à carburant (4) d'un véhicule à combustion interne et d'acheminement des vapeurs d'essence jusqu’à une ligne d'admission d'air (5) du moteur à combustion (3) du véhicule par l'intermédiaire d'une pompe de purge (10) ayant une pluralité de débits possibles et d'une électrovanne (11) commandant l'ouverture et/ou la fermeture d'un circuit de recirculation (14) de l'air chargé de vapeurs d'essence de l'aval de la pompe de purge (10) jusqu'à l’amont de la pompe (10), l'ouverture et la fermeture du circuit de recirculation (14) correspondant respectivement à la fermeture et à l'ouverture d'un circuit principal (12) menant de l'électrovanne (11) à la ligne d'admission d'air (5) du moteur (3), le procédé alternant les étapes suivantes : - Récupération et stockage des vapeurs d'essence du réservoir à carburant (4) dans un piège à charbon actif (9) placé en amont de la pompe (10) ; - Purge du piège à charbon actif (9) jusqu’à la ligne d'admission d'air (5) du moteur (3) ; l'étape de récupération et stockage des vapeurs d'essence correspondant au fonctionnement de la pompe de purge (10) à un débit relativement faible non nul et à l'ouverture du circuit de recirculation (14), et l'étape de purge, déclenchée lorsque la quantité de vapeurs d'essence stockée dans le piège (9) dépasse un seuil prédéterminé, correspondant au fonctionnement de la pompe de purge (10) à un débit relativement élevé et à la fermeture du circuit de recirculation (14). Figure pour l’abrégé : Fig 2 Dispositif et procédé de récupération active des vapeurs de carburant d’un réservoir d’un véhicule à combustion interne L’invention concerne, de manière générale, les moteurs de véhicule à combustion interne et/ou hybrides. En particulier, l’invention concerne les dispositifs de récupération des vapeurs de carburant, en général d’essence, afin d’éviter leur émission dans l’atmosphère. Techniques antérieures Pour les véhicules à combustion interne, le contexte réglementaire nécessite que les vapeurs de carburant, en général d’essence, mais aussi parfois d’éthanol, soient récupérées plutôt qu’émises dans l’atmosphère. Pour cela, les véhicules sont parfois équipés d’un dispositif de récupération des vapeurs de carburant muni d’un piège à charbon actif disposé entre le réservoir de carburant et sa mise à la pression atmosphérique. Ce piège stocke les vapeurs de carburant, et nécessite d’être purgé pour éviter la saturation des charbons, cette purge se faisant par aspiration au travers du piège avec ajout d’air filtré jusqu’à l’admission d’air du moteur. D'une part, les véhicules récents et de plus en plus de systèmes adoptent des motorisations hybrides conjuguant un moteur à combustion interne et un moteur électrique. D’autre part, les performances des moteurs à combustion interne sont sans cesse améliorées, et nécessitent des compresseurs ou turbocompresseurs d’air augmentant la suralimentation en air. Les phases pendant lesquelles le moteur a la capacité d’aspirer les vapeurs de carburant pour purger le piège ont par conséquent tendance à être de plus en plus courtes, tandis que la réglementation en termes d’émission de polluants a tendance à se durcir. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de proposer un dispositif de récupération des vapeurs d’essence et un procédé de récupération de ces vapeurs d’essence. L’invention a donc pour objet un procédé de récupération de vapeurs d'essence issues d'un réservoir à carburant d'un véhicule à combustion interne et d'acheminement des vapeurs d'essence jusqu’à une ligne d'admission d'air du moteur à combustion du véhicule par l'intermédiaire d'une pompe de purge ayant une pluralité de débits possibles et d'une électrovanne commandant l'ouverture et/ou la fermeture d'un circuit de recirculation de l'air chargé de vapeurs d'essence de l'aval de la pompe de purge jusqu'à l'amont de la pompe de purge, l'ouverture et la fermeture du circuit de recirculation correspondant respectivement à la fermeture et à l'ouverture d'un circuit principal menant de l'électrovanne à la ligne d'admission d'air du moteur, le procédé alternant les étapes suivantes : - Récupération et stockage des vapeurs d'essence du réservoir à carburant dans un piège à charbon actif placé en amont de la pompe de purge ; - Purge du piège à charbon actif jusqu’à la ligne d'admission d'air du moteur ; l'étape de récupération et de stockage des vapeurs d'essence correspondant au fonctionnement de la pompe de purge à un débit relativement faible non nul et à l'ouverture du circuit de recirculation, et l'étape de purge, déclenchée lorsque la quantité de vapeurs d'essence stockée dans le piège dépasse un seuil prédéterminé, correspondant au fonctionnement de la pompe de purge à un débit relativement élevé et à la fermeture du circuit de recirculation. L’invention propose ainsi un dispositif de purge active des vapeurs de carburant permettant de récupérer les vapeurs de carburant efficacement avec des périodes de purges courtes tout en consommant peu d’énergie. L’invention a également pour objet un dispositif de récupération de vapeurs d'essence issues d'un réservoir à carburant d'un véhicule à combustion interne et d'acheminement des vapeurs d'essence jusqu’à une ligne d'admission d'air du moteur à combustion du véhicule comprenant successivement un piège à charbon actif, une pompe de purge et une électrovanne commandant l'ouverture et/ou la fermeture d'un circuit de recirculation de l'air chargé de vapeurs d'essence de l'aval de la pompe de purge jusqu'à l'amont de la pompe de purge, l'ouverture et la fermeture du circuit de recirculation correspondant respectivement à la fermeture et à l'ouverture du circuit principal menant de l'électrovanne à la ligne d'admission d'air, la pompe de purge ayant un pluralité de débits possibles, le dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Avantageusement, le dispositif comprend un calculateur de contrôle du moteur et/ou de l'électrovanne et/ou de la pompe de purge. Ce calculateur met en œuvre le procédé selon l’invention. Avantageusement, la pompe de purge est une pompe centrifuge à roue fermée de faible inertie. Dans un mode de réalisation, l'électrovanne a une résistance relativement faible à la perte de charge aéraulique. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des canalisations optimisées pour les pertes de charge aérauliques. L’invention a également pour objet un véhicule à combustion interne équipé d'un dispositif selon l'invention. Avantageusement, la pompe de purge n'est à débit nul que lorsque le véhicule est à l'arrêt complet, le contact n'ayant pas été mis. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre un dispositif de récupération des vapeurs de carburant selon l’état de la technique ; illustre un dispositif de récupération des vapeurs de carburant selon l’invention ; et illustre un procédé de récupération des vapeurs de carburant selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la un système d’alimentation en carburant 1 comprenant un dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2 selon l’état de l’art. Le système d’alimentation en carburant 1 est monté sur un véhicule équipé d’un moteur à combustion interne 3. Ce moteur peut être un moteur d’un véhicule à moteur terrestre, maritime ou aéronautique. Le carburant est stocké dans un réservoir à carburant 4. Le moteur 3 comprend une entrée alimentée par une ligne d’admission 5, elle-même relié à un premier filtre à air 6. Le système d’alimentation en carburant 1 comprend un circuit d’alimentation en carburant 7 et le dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2, le circuit d’alimentation et le dispositif de récupération reliant le réservoir à carburant 4 et la ligne d’admission 5. Le carburant peut être un carburant liquide, généralement de l’essence, ou dans d’autres cas de l’éthanol ou un mélange des deux, selon le moteur 3 utilisé. Lors du fonctionnement normal du moteur 3, l’essence est transférée du réservoir 4 à la ligne d’admission 5 du moteur 3 par le circuit d’alimentation en carburant 7. Le carburant émet des vapeurs de carburant au sein du réservoir 4. Ces vapeurs sont récupérées et entrent dans le dispositif de récupération 2, en étant mélangé à de l’air filtré provenant d’un second filtre à air 8. Le dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2 comprend successivement un piège à charbon actif 9, une pompe de purge 10 et une électrovanne 11. Le piège à charbon actif 9 est aussi dénommé « canister » selon sa dénomination en anglais ou piège de vapeurs d’essence. Les vapeurs de carburant issues du réservoir 4 sont aspirées, mélangées à de l’air filtré et stockées dans le piège à charbon actif 9. Le piège 9 évite ainsi que le réservoir soit en surpression d’une part, et que les vapeurs de carburant s’échappent dans l’atmosphère d’autre part. Les vapeurs de carburant stockées dans le piège à charbon actif 9 doivent en être purgées pour éviter la saturation des charbons. Cette purge se fait par aspiration au travers du piège 9 avec ajout d’air filtré provenant de second filtre à air 8. Cette aspiration est réalisée par la pompe de purge 10 positionnée en aval du piège 9. La pompe de purge 10 est une pompe active qui dirige le flux d’air chargé de vapeurs de carburant jusqu’à la ligne d’admission 5 du moteur 3. Alternativement, il est possible dans l’état de la technique de se passer de la pompe et d’utiliser la dépression de l’admission d’air du moteur 3. Une électrovanne 11 commande l’ouverture du circuit 12 positionnée entre l’électrovanne 11 et la ligne d’admission 5, et reliant ainsi la pompe 10 à la ligne d’admission 5 du moteur 3. Cette électrovanne 11 est ainsi apte à ouvrir ou fermer l’accès à la ligne d’admission 5 du moteur 3 pour l’air chargé de vapeurs de carburant aspiré par la pompe 10. La pompe de purge 10, l’électrovanne 11 et l’entrée 3a du moteur 3 sont pilotées par un calculateur 13. Le calculateur 13 permet ainsi de gérer les phases de purge et la combustion maîtrisée des composés volatiles, l’essence ou l’éthanol, dans la chambre de combustion du moteur 3. Le calculateur 13 reçoit le degré de saturation du piège 9 de la part d’un ou plusieurs capteurs observant le piège 9, détermine lorsqu’il est temps de purger le piège, et met en œuvre la purge en activant la pompe 10 et en ouvrant via l’électrovanne 11 l’accès 12 à la ligne d’admission 5 et au moteur 3. La décrit un système d’alimentation en carburant 1 pour véhicule automobile à moteur à combustion interne ou hybride, comprenant un dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2 selon l’invention. Les mêmes éléments sont ici désignés par les mêmes signes de référence sur les deux figures 1 et 2. On retrouvera dans le système 1 de la le moteur 3, le réservoir 4, le premier filtre à air 6 et le second filtre à air 8, le piège à charbon actif 9, la pompe de purge 10, l'électrovanne 11, le calculateur 13, ainsi que les conduits tels que la ligne d'admission 5, le circuit 12 et le circuit d'alimentation en carburant 7. Le dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2 selon l’invention comprend un conduit de recirculation 14 de l’air chargé de vapeurs de carburant de l’aval vers l’amont de la pompe 10. Ce conduit de recirculation 14 est commandé par l’électrovanne 11. Plus particulièrement, l’électrovanne 11 permet d’ouvrir et de fermer le conduit de recirculation 14, en plus de permettre d’ouvrir et de fermer le circuit menant de la pompe 10 à la ligne d’admission 5. De cette manière, un seul composant, l’électrovanne 11, est utilisé pour réaliser les deux fonctions d’ouverture et fermeture respectives des conduits 12 et 14, ce qui améliore la compacité du dispositif 2. Plus précisément, la fermeture du conduit de recirculation 14 par l’électrovanne 11 et l’ouverture du circuit reliant la pompe 10 et la ligne d’admission 5 sont simultanées. De même, l’ouverture du conduit de recirculation 14 par l’électrovanne 11 et la fermeture du circuit reliant la pompe 10 et la ligne d’admission 5 sont simultanées. La pompe de purge 10 est une pompe centrifuge à roue fermée de faible inertie. L’électrovanne 11 a de préférence une moindre résistance à la perte de charge aéraulique lorsqu’elle est ouverte, de manière à faire passer un maximum d’air. Pour cela, l’électrovanne 1 peut avoir un clapet optimisé, des sections de passage adaptées, etc. De même, les canalisations du dispositif 2 sont de même optimisées pour réduire les pertes de charge aérauliques, par exemple avec des diamètres plus élevés et des circuits plus courts, et les connexions sont choisies afin de perturber le moins possible le flux de gaz. Tous ces composants sont ainsi de faible puissance, afin de réduire la consommation d’énergie du dispositif 2. La pompe 10, du fait de son faible dimensionnement en puissance, nécessite plusieurs secondes après son démarrage pour atteindre son débit maximal, ce qui vient en contradiction avec la durée des phases de purge qui peuvent ne durer que quelques secondes. Pour cela, la pompe 10 est conçue avec plusieurs débits possibles, notamment au moins un premier débit relativement faible mais non nul, correspondant à une vitesse de l’ordre de dix mille tours par minute, et un second débit relativement élevé, correspondant à une vitesse comprise entre trente mille et cinquante mille tours par minute. Ainsi, la pompe 10 est mise en route à son débit relativement faible dès le contact de véhicule enclenché, et fonctionne en permanence à au moins ce débit minimum. La pompe 10 n’est donc jamais complétement arrêtée, y compris lors des phases sans purge, son débit relativement faible permettant à la pompe de débiter efficacement en atteignant sa vitesse nominale tout de suite à l’ouverture par l’électrovanne 11 du circuit menant à la ligne d’admission 5. Les délais de latence dus à la faible puissance de la pompe 10 n’impactent donc pas la qualité de la purge ni les économies d’énergie. La illustre les étapes d'un procédé de récupération des vapeurs de carburant issues du réservoir 4 et d’acheminement de ces vapeurs de carburant jusqu’à la ligne d’admission 5 du moteur 3, par l’intermédiaire du dispositif de récupération des vapeurs de carburant 2. A l’arrêt complet du véhicule, avant d’avoir mis le contact, l’ensemble des éléments du dispositif 2 sont à l’arrêt. Il s’agit du seul moment où la pompe de purge 10 a une vitesse et donc un débit nuls. Lorsque le contact est mis sur le véhicule, la pompe 10 est mise en marche par le calculateur 13 et amenée à sa vitesse relativement faible, de l’ordre de dix mille tours par minute. A cette vitesse faible correspond un débit faible, qui n’est pas suffisant pour purger le piège 9. Pendant cette phase 15 sans purge, la pompe 10 reste à cette vitesse faible, et l’électrovanne maintient le circuit menant de la pompe 10 à la ligne d’admission 5 du moteur 3 fermé, et ouvre le conduit de recirculation 14. L’air présent est emprisonné par l’électrovanne 11 peut ainsi circuler dans le conduit de recirculation 14 reliant l’électrovanne à l’entrée de la pompe 10. De cette manière, le flux circule sans montée en pression dans cette boucle courte, limitant ses frottements et sa montée en température. Cette étape 14 est maintenue tant qu’un besoin de purge des vapeurs de carburant du piège 9 n’est pas identifié au cours du fonctionnement du moteur 3. En effet, pendant cette étape 14, le piège 9 récupère et stocke les vapeurs de carburant du réservoir 4 et se charge progressivement jusqu’à saturation. A une étape 16, une saturation du piège 9 est détectée par le calculateur 13, ou du moins la saturation du piège 9 dépasse un seuil prédéterminé pour déclencher la purge du piège 9. Lorsque le calculateur 13 détecte un besoin de purge du piège 9, il commande à l’électrovanne 11 d’ouvrir le circuit 12 menant de l’aval de la pompe 10 à la ligne d’admission du moteur 3, fermant ainsi le conduit de recirculation 14. Le calculateur 13 ouvre aussi l’entrée 3a du moteur 3. Enfin, le calculateur 13 commande à la pompe de purge d’augmenter sa vitesse correspondant au débit relativement faible jusqu’à la vitesse de trente à cinquante mille tours par minute correspondant au débit relativement élevé. Le fait d’avoir une pompe 10 tournant constamment à bas régime évite d’émettre une forte onde de pression vers le moteur en la remettant en marche régulièrement. Cela permet aussi de gagner en efficacité pour arriver à un débit élevé permettant une purge efficace plus rapidement, en faisant gagner la pompe 10 en réactivité. Ainsi, dans cette étape 16 de purge, le débit correspondant à la vitesse relativement élevée de la pompe 10 s’applique dans le dispositif 2 entre le piège 9 et la ligne d’admission d’air 5 du moteur 3. Durant cette phase de purge, le débit dans le conduit de recirculation 14 est nul. Le piège 9 est ainsi purgé de ses vapeurs de carburant par aspiration avec ajout d’air filtré provenant du second filtre à air 8, et l’air chargé des vapeurs de carburant est acheminé par le dispositif 2 à la ligne d’admission 5 par le circuit 12 puis à l’entrée 3a du moteur 3. Lorsque le calculateur 13 décide de ne plus purger, soit parce que le piège 9 est vide, soit parce qu’une quantité suffisante de vapeurs de carburant a déjà été purgée, le calculateur 13 commande à l’électrovanne 11 de fermer le conduit 12 menant à la ligne d’admission 5 et d’ouvrir le conduit de recirculation 14. Le flux d’air dans le dispositif 2 est alors redirigé dans le conduit de recirculation 14 sans subir d’augmentation de pression ou de température, repassant ainsi à l’étape 14. La pompe 10 peut donc réduire sa vitesse lentement sur son inertie jusqu’à la vitesse relativement faible de dix mille tours par minute correspondant au débit relativement faible. De cette manière, si la purge doit reprendre quelques instants seulement après l’arrêt de la dernière purge, l’inertie conservée par la pompe 10 et par la recirculation du flux d’air permettra que le débit de la purge reprenne plus rapidement tout en limitant l’énergie nécessaire à donner à la pompe 10. Procédé de récupération de vapeurs d'essence issues d'un réservoir à carburant (4) d'un véhicule à combustion interne et d'acheminement des vapeurs d'essence jusqu’à une ligne d'admission d'air (5) du moteur à combustion (3) du véhicule par l'intermédiaire d'une pompe de purge (10) ayant une pluralité de débits possibles et d'une électrovanne (11) commandant l'ouverture et/ou la fermeture d'un circuit de recirculation (14) de l'air chargé de vapeurs d'essence de l'aval de la pompe de purge (10) jusqu'à l’amont de la pompe de purge (10), l'ouverture et la fermeture du circuit de recirculation (14) correspondant respectivement à la fermeture et à l'ouverture d'un circuit principal (12) menant de l'électrovanne (11) à la ligne d'admission d'air (5) du moteur (3), le procédé alternant les étapes suivantes : - Récupération et stockage (étape 15) des vapeurs d'essence du réservoir à carburant (4) dans un piège à charbon actif (9) placé en amont de la pompe de purge (10) ; - Purge (étape 16) du piège à charbon actif (9) jusqu’à la ligne d'admission d'air (5) du moteur (3) ; l'étape de récupération et de stockage (15) des vapeurs d'essence correspondant au fonctionnement de la pompe de purge (10) à un débit relativement faible non nul et à l'ouverture du circuit de recirculation (14), et l'étape de purge (16), déclenchée lorsque la quantité de vapeurs d'essence stockée dans le piège (9) dépasse un seuil prédéterminé, correspondant au fonctionnement de la pompe de purge (10) à un débit relativement élevé et à la fermeture du circuit de recirculation (14). Dispositif de récupération (2) de vapeurs d'essence issues d'un réservoir à carburant (4) d'un véhicule à combustion interne et d'acheminement des vapeurs d'essence jusqu’à une ligne d'admission d'air (5) du moteur (3) à combustion du véhicule comprenant successivement un piège à charbon actif (9), une pompe de purge (10) et une électrovanne (11) commandant l'ouverture et/ou la fermeture d'un circuit de recirculation (14) de l'air chargé de vapeurs d'essence de l'aval de la pompe de purge (10) jusqu'à l'amont de la pompe de purge (10), l'ouverture et la fermeture du circuit de recirculation (14) correspondant respectivement à la fermeture et à l'ouverture d'un circuit principal (12) menant de l'électrovanne (11) à la ligne d'admission d'air (5) du moteur (3), la pompe de purge (10) ayant un pluralité de débits possibles, le dispositif (2) étant apte à mettre en œuvre le procédé de la revendication 1. Dispositif (2) selon la revendication 2, comprenant un calculateur de contrôle (13) du moteur (3) et/ou de l'électrovanne (11) et/ou de la pompe de purge (10). Dispositif (2) selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la pompe de purge (10) est une pompe centrifuge à roue fermée de faible inertie. Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'électrovanne (11) a une résistance relativement faible à la perte de charge aéraulique. Dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant des canalisations optimisées pour les pertes de charges aéraulique. Véhicule à combustion interne équipé d'un dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6. Véhicule selon la revendication 7, dans lequel la pompe de purge (10) n'est à débit nul que lorsque le véhicule est à l'arrêt complet, le contact n'ayant pas été mis.