Brevet FR2833313A1 — publié le 20030613

revendications 1 à 4. Domaine de l' invention L'invention concerne un procédé et un dispositif pour stocker de l'eau séparée du carburant à l'aide d'un filtre à carburant. L'invention concerne notamment un dispositif de stockage s réversible. Arrière plan technologique et état de la technique Dans les moteurs, le carburant fournit par sa combustion de l'énergie servant au fonctionnement du véhicule. Pour avoir un rende- ment optimum de la combustion et ainsi une consommation minimale de o carburant, il faut doser exactement le carburant dans la chambre de com- bustion, dans le temps et en quantité, soit par injection directe ou indi- recte, le cas échéant en formant en amont un mélange carburant - air. Pour cela différents systèmes d'inUection ont été développés au cours de ces dernières années comme par exemple le système à rampe commune, is la pompe - injecteur, etc, assurant un dosage exact. Pour cela le carbu rant est toujours fourni à haute pression et à température élevée. De plus les dimensions des organes servant au dosage du carburant tels que les inJecteurs diminuent de plus en plus et c'est pour quoi il faut protéger efficacement ces organes contre leur encombrement par de petites particules. Le filtre à carburant assure cette fonction. Il éli mine les particules résultant par exemple de la fabrication du carburant, ou provenant de pièces servant à l'alimentation en carburant, de sources externes, ou encore les saletés venant de l'usure surtout des composants métalliques, comme par exemple les pompes. 2s A côté des particules, la présence d'eau dans le carturant peut également se répercuter de manière défavorable sur les pièces ser vant à l'alimentation en carburant. Les conséquences possibles en sont la corrosion, la réduction de l'effet lubrifiant du carburant, etc. Actuellement la valeur limite de l'eau contenue dans le carburant se situe à 200 ppm. Mais en pratique cette valeur peut être nettement dépassée. Cette situa tion peut être provoquée en particulier par la condensation d'eau dans les réservoirs de stockage, avec des fortes différences de température entre le jour et la nuit, une très forte humidité de l'air ou même au moment du remplissage du réservoir. 3s L'eau peut être à la fois dissoute du point de vue physique mais aussi être en émulsion. La solubilité de l'eau dans le carburant aug mente si le carburant contient des alcools et autres composants à teneur en acide comme par exemple cela est le cas aux Etats-Unis. C'est ainsi qu'un filtre à carburant actuel doit non seulement pouvoir retenir des matières solides mais également séparer efficacement l'eau contenue dans le carburant. Ce résultat s'obtient actuellement grâce à des matériaux de s filtre modernes. L'eau est habituellement collectée dans le volume du filtre et lorsqu'on atteint le niveau de remplissage maximum on évacue l'eau à l'aide d'une vis de purge. Mais comme cette eau peut contenir des restes de carburant, il n'est pas acceptable de simplement évacuer le mélange de purge dans l'environnement, et il faut trouver des solutions pour séparer 0 le mélange eau/carburant. Pour cette séparation du mélange on peut utiliser la polarité différente des liquides et p our cela on effectue de préférence l' absorption de l'eau dans une matière de support. Cette matière de support peut étre une matière organique ou anorganique ou encore des combinaisons de ces matières. Une solution préférentielle consiste à utiliser des polymères comme les polyacrylates, les acides polyacryliques, des polyacrylamides, les polyesters, les polysaccharides, et des copolymères de ceux-ci; ils pré sentent une capacité remarquable de stockage de l'eau (par exemple jus qu'à 100 g d'eau par gramme de polymère pour les polyacrylates) grâce à o la forte tendance au gonflement. Cette propriété est utilisée par exemple dans les langes et les produits pour incontinents. Les produits sont diffu sés entre autre sous la dénomination commerciale HYSORB (BASF). I1 est en outre avantageux que le stockage soit réversible c'est-à-dire de pouvoir expulser de nouveau l'eau par une augmentation s de température ou de pression. Comme le carburant non polaire peut rester dans le polymère, on arrive ainsi à une séparation du mélange. C'est ainsi que le doeument DE-OS-196 05 431 décrit par exemple un filtre pour absorber l'eau contenue dans les carburants; dans ce cas le polymère est contenu dans un filtre composite placé dans un boitier de filtre. L'inconvénient de cette solution est que le volume disponi ble pour le stockage est trop faible pour stocker les quantités d'eau pro duites par exemple dans le cas d'un camion. Exposé de l' invention ss La présente invention a ainsi pour but de développer un dispositif permettant de stocker l'eau séparée du carburant et de remédier aux inconvénients de l'état de la technique. L'invention a également pour but de développer un disposi tif permettant de façon simple d'éliminer l'eau qui a été préalablement sé parée. En outre l'invention se propose de développer un procédé permettant de stocRer l'eau séparce du carburant. A cet effet l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus caractérisé par un absorbeur relié par une conduite de liaison à un réservoir d'eau du filtre à carburant. Si la conduite de liaison comporte un élément d'obturation, notamment un robinet d'arrêt ou une vanne d'arrêt, de préférence l'élément d'obturation comporte un capteur pour contrôler le niveau de remplissage du réservoir d'eau. L'absorbeur comporte un ou plusieurs agents absorbants qui peuvent être constitués par un matériau de support organique et/ou inorganique, ou des polymères, en particulier des polyméres choisis dans le groupe formé par les polyacrylates, acides polyacryliques, polyacrylami des, polyesters, polysaccharides, et leurs copolyméres. Les polyméres ont une forte tendance au gonflement. De préférence, les agents absorbants sont des zéolithes mo difiés, des gels de silice ou de la diatomite absorbent les hydrocarbures provenant du carburant et/ou de l'eau et les agents absorbants peuvent en outre contenir des additifs, notamment pour lier des composants non polaires par absorption ou adsorption, l'additif étant notamment du char bon actif. Si le dispositif comporte une installation permettant de ré cupérer l'eau accumulée, celle-ci peut être constituce par un élément chauffant, notamment enroulé autour de l'absorbour, ou permettre d'expulser l'eau sous pression. Par exemple, l'absorbeur comporte une meche permettant d'évacuer l'eau accumulée et notamment une partie de la meche pénètre dans le système d'admission d'air d'un moteur à com bustion interne. Enfin le dispositif selon l'invention peut prévoir que l'absorption se fait avec formation d'un gel et la poudre de l'absorbeur forme une garniture de gel que l'on évacue globalement. Avantageuse ment, l'absorbour comporte une installation pour réintroduire l'eau stoc kée, notamment dans l'installation de lave-glace du véhicule ou comme additif de carburant pour réduire la formation de produits polluants dans la combustion du moteur. L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on relie un absorbeur à un réservoir d'eau du filtre à carburant. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du procédé, s - l'absorbeur est rempli d'un ou plusieurs agents absorbants, - l'eau est fournie à l'absorbeur à partir du réservoir d'eau de manière continue ou discontinue, - le stockage de l'eau dans l'absorbeur est réversible, la réversibilité étant obtenue par augmentation de la pression et/ou de la température ou à o l'aide d'une mèche installée dans l'absorbour, et notamment la surface de la mèch e évap ore l' e au d ans le système d ' admi ssion d 'un moteur à combustion interne. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes s de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un dispositif avec un absorbeur selon l'invention; - la figure 2 montre une première réalisation de l'absorbeur selon l'invention; - la figure 3 montre une seconde réalisation de l'absorbeur selon l'invention; - la figure 4 montre un premier mode de réalisation de l'absorbeur selon l'invention pour récupérer l'eau stockée; - la figure 5 montre un second mode de réalisation de l'absorbeur selon 2s l'invention pour récupérer l'eau stockée; - la figure 6 montre un troisième mode de réalisation de l'absorbeur se lon l'invention pour récupérer l'eau stockée; - la figure 7 montre un quatrième mo de de réalisation de l'ab sorb our se lon l'invention pour récupérer l'eau stockée. so Description détaillée des exemples de réalisation L'invention prévoit une pièce en contact avec le volume de stockage d'eau du filtre à carburant par une conduite de liaison distincte. Cette pièce est un absorbeur chargé d'un ou plusieurs absorbants. La conduite de liaison peut être par exemple en une matière souple telle que 3s de l'éthylène - propylène diène ter polymère (EPDM) ou être en une ma tière rigide. La figure 1 montre schématiquement un dispositif 2 com portant un absorbeur 16 selon l'invention. Dans la partie inférieure du filtre à carburant 6 se trouve un réservoir 8 pour l'eau séparée grossière- ment du carburant par le milieu filtrant 10. Une conduite de liaison 12 est reliée à ce réservoir 8; cette conduite comporte un élément d'obturation 14 dans sa partie supérieure proche du réservoir. Cet élément s d'obturation est par exemple un robinet ou une vanne servant à réguler l'évacuation de l'eau séparée grossièrement du réservoir 8 dans la con- duite de liaison 12. La sortie de l'eau du réservoir 8 peut se faire de manière continue ou discontinue. Pour cela il faut une vanne d'évacuation et des o capteurs d'eau évitant le débordement du réservoir 8 dans le filtre à car- burant 6. Du côté de la conduite de liaison 12 à l'opposé du filtre à carburant se trouve une pièce 16 formée d'un absorbeur par exemple en polyacrylate. L'absorbeur 16 est chargé d'un ou plusieurs agents absor s bants 18, 20 (voir figure 2) qui sont en mesure d'absorber les hydrocarbu- res du carburant et/ou de l'eau. Les agents absorbants 18, 20 peuvent se présenter à l'état de fibres ou de particules (produit en vrac). Suivant l'application l'absorbant peut utiliser une répartition de particules de 10 - m ou de 100 - 1000 m. En plus on peut ajouter des additifs aux o agents absorbants et/ou les mélanger pour fixer les composants non po- laires par absorption ou adsorption comme par exemple du charbon actif ou des produits de ce type. De tels additifs peuvent étre combinés de ma- nière permanente par revêtement des agents absorbants. Les agents absorbants de l'eau sont de préférence des po s lymères tels que des polyacrylates acide poly acyliques, polyacryl amides, polyesters, polysaccharides, et des copolymères de ceux-ci, présentant une possibilité de stockage d'eau remarquable. Les agents absorbants pour l'absorption des hydrocarbures du carburant sont constitués de préfé- rence par du charbon actif traité le cas échéant par une imprégnation. o D'autres combinaisons organiques permettant de fixer de manière sélec- tive et réversible de l'eau peuvent étre envisagées pour les applications dé- crites comme par exemple de la zéolithe modifice, des gels d'acide silicique, de la diatomite. La figure 2 montre une première réalisation de l'absorbeur 3s 16 selon l'invention; dans cet exemple il est chargé de deux agents absor- bants 18, 20 pour les hydrocarbures. On remarque que la succession des agents absorbants est sans importance pour l'exécution de l'invention. La figure 3 montre une réalisation de l'absorbeur 16 selon l'invention qui ne contient qu'un agent absorbant 20 pour absorber l'eau. L'eau nettoyée des hydrocarbures peut maintenant être de nouveau lib érée par élévation de température ou de pression à l' aide de composants habituels. Pour cela on peut utiliser par exemple un élément chauffant 22 tel qu'une spire chauffante qui comme le montre la figure 4 est enrou lée autour de l'absorbeur 16 si la capacité de réception de l'agent absor bant est suffisante, pour ainsi évaporer l'eau accumulée. Pendant o l'évaporation on ferme la vanne ou l'élément de fermeture. Une ouverture permet l'échappement de la vapeur à l'extérieur; on peut également l'évacuer ou fournir cette eau par une autre conduite de liaison 24 par exemple au lave-glace du véhicule ou comme additif du carburant pour réduire la formation de produits polluants par is combustion dans le moteur (abaissement de la température de combus tion). La figure 5 montre une variante du dispositif selon l'invention. Dans cette variante on exprime l'eau stockée par application de pression par l'intermédiaire d'une conduite de pression 26. L'absorption se fait en formant un gel; la poudre absor bante se transforme en gel par l'eau accumulée. On peut également éva cuer la garniture de gel 4, compacte (voir figure 6) c'est-à-dire l'absorbeur gonflé par l'eau. La figure 7 montre un autre mode de réalisation de l'absorbeur selon l'invention pour réintroduire l'eau accumulée. L'absorbeur 16 comporte une mèche 28 qui pénètre avec sa partie supé rieure dans la veine d'air (voir la flèche à la figure 7) du système d'admission 20 du moteur à combustion interne. Par effet capillaire de la matière de la mèche (par exemple du non tissé ou des microfibres) le li so quide remonte dans la mèche. A la surface de la mèche l'eau s'évapore dans la veine d'air. Les quantités habituelles de liquide à vaporiser à l'aide d'une mèche sont de 5 g/h pour une surface de mèche d'environ 300 mm2. Les quantités habituelles d'eau que l'on recueille par exemple ss dans un filtre de moteur diesel sont de 2 à 30 ml/ 100 km. Les quantités de liquide ainsi refournies au moteur sont né gligeables par rapport aux quantités d'eau normalement introduites. Les hydrocarbures contenus dans l'eau sont brûlés dans le moteur et ne sont pas lib érés dans l' environnement. s _ 1 R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Dispositif (2) pour stocker de l'eau séparce du carburant à l'aide d'un filtre à carburant, caractérisé par un absorbeur (16) relié par une conduite de liaison (12) à un réservoir d'eau (8)du filtre à carburant. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de liaison (12) comporte un élément d'obturation (14), notam ment un robinet d'arrêt ou une vanne d'arrêt. 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément d'obturation (14) comporte un capteur pour contrôler le niveau de remplissage du réservoir d'eau (8). 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'absorbour (16) comporte un ou plusieurs agents absorbants (18, 20). ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les agents absorbants (18, 20) sont constitués par un matériau de support organique et/ou inorganique, ou des polymères, en particulier des poly mères choisis dans le groupe formé par les polyacrylates, acides polyacry- liques, polyacrylamides, polyesters, polysaccharides, et leurs copolyrnères. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les polymères ont une forte tendance au gonflement. 7 ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les agents absorbants sont des zeolithes modifiés, des gels de silice ou de la diatomite. 8 ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les agents absorbants (18, 20) absorbent les hydrocarbures provenant du carburant et/ou de l'eau. 9 ) Dispositif selon la revendication 4, s caractérisé en ce que les agents absorbants (18, 20) contiennent en outre des additifs, notam- ment pour lier des composants non polaires par absorption ou adsorption, l'additif étant notamment du charbon actif. o 10 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte une installation permettant de récupérer l'eau accumulée. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'installaffon est constituée par un élément chauffant (22), notamment en- roulé autour de l'absorbeur (16). 12 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'installation permet d'expulser l'eau sous pression. 13 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que s l'absorbeur (16) comporte une mèche (28) permettant d'évacuer l'eau ac- cumulée et notamment une partie de la mèche (28) pénètre dans le sys- tème d'admission d'air (30) d'un moteur à combustion interne. 14 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'absorption se fait avec formation d'un gel et la poudre de l'absorbeur forme une garniture de gel que l'on évacue globalement. ) Dispositif selon la revendication 1, 3s caractérisé en ce que l'absorbeur (16) comporte une installation pour réintroduire l'eau stockée (24), notamment dans l'installation de lave-glace du véhicule ou comme additif de carburant pour réduire la formation de produits polluants dans la combustion du moteur. 16 ) Procédé de stockage d'eau séparée du carburant par un filtre à carbu rant, caractérisé en ce qu' on relie un absorbeur (16) à un réservoir d'eau (8) du hltre à carburant. 17 ) Procédé selon la revendication 16, o caractérisé en ce que l'absorbeur (16) est rempli d'un ou plusieurs agents absorbants (18, 20). 18 ) Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que s l'eau est fournie à l'absorbeur (16) à partir du réservoir d'eau (8) de ma- nière continue ou discontinue. 19 ) Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que o le stockage de l'eau dans l'absorbeur (16) est réversible, la réversibilité étant obtenue par augmentation de la pression et/ou de la température ou à l'aide d'une mèche (28) installée dans l'absorbeur (16), et notamment la surface de la mèche (28) évapore l'eau dans le système d'admission (30) d'un moteur à combustion interne.