FR2997130A1 - Systeme pour absorber et desorber les vapeurs de carburant issues du reservoir de carburant d'un vehicule automobile, et procede de purge correspondant - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système 14 pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, notamment hybride, équipé d'un moteur à combustion interne 15. Le système 14 comportant un circuit de refroidissement du moteur à combustion interne 15 par circulation d'un liquide de refroidissement, et un récipient adsorbeur 1 comportant un matériau adsorbant 3 apte à adsorber et désorber les vapeurs de carburant. Le récipient adsorbeur 3 comporte également un échangeur thermique 13 en contact thermique avec le matériau adsorbant 3, l'échangeur thermique étant monté sur une boucle de dérivation piquée sur le circuit de refroidissement. L'invention concerne également un procédé de purge d'un tel récipient adsorbeur 1.
Description
Système pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, et procédé de purge correspondant La présente invention concerne les systèmes pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant pour véhicules automobiles, notamment pour les véhicules hybrides. Les réservoirs à carburant des véhicules automobiles comportent le plus souvent un orifice de mise à l'air permettant l'équilibrage de la pression interne et de la pression atmosphérique, par exemple lors de variations du niveau de carburant résultant du remplissage du réservoir ou de la consommation de carburant par le moteur, ou encore lors de variations de température. Afin d'éviter les fuites de vapeurs de carburant par cet orifice de mise à l'air, ce dernier est classiquement raccordé à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une chambre, appelée récipient adsorbeur ou canister, contenant une substance adsorbant les vapeurs de carburant, par exemple du charbon actif. Le rôle du récipient adsorbeur est ainsi d'éviter la libération de vapeurs de carburant dans l'atmosphère en emmagasinant celles-ci (phase d'adsorption). Les vapeurs de carburant contenues dans le récipient adsorbeur sont ensuite purgées (ou désorbées) régulièrement à l'aide d'une circulation d'air, et envoyées dans le système d'admission d'air du moteur à combustion interne pour y être brûlées (phase de purge).
La phase d'adsorption des vapeurs de carburant, par le charbon actif notamment, est une réaction exothermique, tandis que la phase de désorption est une phase endothermique. L'apport de calories lors des phases de purge du récipient adsorbeur permet donc d'améliorer l'efficacité de la désorption. Il existe ainsi plusieurs solutions pour augmenter la température du récipient adsorbeur lors des phases de purge, notamment dans le cas de véhicules hybrides (rechargeables ou non) comportant à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique.
Il existe des systèmes permettant de chauffer un récipient adsorbeur par intégration de résistances chauffantes sur le circuit d'air utilisé pour purger le récipient adsorbeur, ou bien encore par intégration, dans le récipient adsorbeur, de plaques métalliques contenant une solution d'hexadécane (possédant un point de fusion bas et générant par conséquent de la chaleur). Le document FR 2 924 385 divulgue un système utilisant par exemple les calories crées par les batteries et le circuit des gaz d'échappement pour chauffer le récipient adsorbeur. Cependant, le récipient adsorbeur est généralement formé d'une enveloppe, ou carter, en plastique injecté. Il est donc préférable, pour des raisons de sécurité et de conservation, d'éviter de soumettre le récipient adsorbeur à des températures trop élevées. Le système du document FR 2 924 385 nécessite donc une intégration à proximité de la ligne d'échappement et de la batterie, tout en respectant une distance adéquate entre ces différents éléments. Le document W02006/008301 divulgue un système dans lequel un échangeur thermique proche de la ligne de gaz d'échappement est utilisé pour réchauffer l'air utilisé lors de la purge du récipient adsorbeur. Cependant, un tel système nécessite l'ajout d'un système de réchauffement de l'air utilisé pour la purge du récipient adsorbeur. La présente invention a pour objet de résoudre les problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier, l'invention a pour but de proposer un système permettant de contrôler la température de chauffe du récipient adsorbeur tout en évitant une proximité avec la ligne d'échappement ou la batterie. Un autre but de l'invention est de proposer un système pouvant être facilement intégré et limitant la consommation énergétique du véhicule. Selon un aspect, il est proposé un système pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, notamment hybride (c'est-à-dire comportant à la fois un moteur à combustion interne et un moteur électrique, le véhicule hybride pouvant être rechargeable ou non), équipé d'un moteur à combustion interne. Le système comportant un circuit de refroidissement du moteur à combustion interne par circulation d'un liquide de refroidissement, et un récipient adsorbeur comportant un matériau adsorbant apte à adsorber et désorber les vapeurs de carburant. Le récipient adsorbeur comporte également un échangeur thermique en contact thermique avec le matériau adsorbant, l'échangeur thermique étant monté sur une boucle de dérivation piquée sur le circuit de refroidissement. Ainsi, le récipient adsorbeur comprend un échangeur thermique monté sur le circuit de liquide de refroidissement du moteur, afin d'y récupérer les calories issues du moteur à combustion. Un tel récipient adsorbeur ne nécessite donc pas d'intégration particulière par rapport à d'autres éléments du véhicule automobile, tels que la batterie ou la ligne de gaz d'échappement, puisqu'il suffit de prévoir une conduite de circulation du liquide de refroidissement alimentant l'échangeur thermique. Par ailleurs, en utilisant les calories libérées par le moteur à combustion interne, le récipient adsorbeur selon la présente invention peut être purgé sans consommer d'énergie supplémentaire. Préférentiellement, le matériau adsorbant comporte du charbon actif.
L'échangeur thermique peut comprendre une conduite apte à faire circuler le liquide de refroidissement du moteur à combustion interne. Le matériau adsorbant peut être monté dans un carter présentant une entrée de vapeur de carburant et une sortie de vapeur de carburant, et éventuellement une mise à l'air. L'entrée et la sortie, et éventuellement la mise à l'air, sont en communication avec le matériau adsorbant. Préférentiellement, le carter présente une forme longitudinale, par exemple cylindrique, et l'échangeur thermique est monté selon la dimension longitudinale du carter. Préférentiellement, la boucle de dérivation est piquée sur le circuit de refroidissement en amont du moteur à combustion interne. Il est ainsi possible de faire circuler dans l'échangeur thermique du récipient adsorbeur, un liquide de refroidissement présentant une température adaptée à la phase de purge, c'est-à-cire permettant le réchauffement du matériau adsorbant sans endommager les autres éléments du récipient adsorbeur. Préférentiellement, le véhicule automobile comprend également une ligne d'échappement des gaz produits par le moteur à combustion interne, et le système comprend également un deuxième échangeur thermique monté entre la ligne d'échappement et le circuit de refroidissement. Dans ce cas, le deuxième échangeur thermique permet d' accélérer l' augmentation de température du circuit de refroidissement, notamment lors des démarrages du véhicule, tout en utilisant les calories émises par le véhicule. Le deuxième échangeur thermique peut être monté sur le circuit de refroidissement, en amont de la boucle de dérivation. Préférentiellement, le système comprend également une vanne commandée apte à contrôler la quantité de liquide de refroidissement circulant dans la boucle de dérivation. Préférentiellement, le système comprend également une deuxième vanne commandée apte à contrôler la quantité de liquide de refroidissement circulant dans le deuxième échangeur thermique.
Les deux vannes commandées permettent notamment de contrôler la température du liquide de refroidissement circulant dans l'échangeur thermique du récipient adsorbeur. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de purge d'un récipient adsorbeur des vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, notamment hybride, équipé d'un moteur à combustion interne refroidi par un circuit de refroidissement par circulation d'un liquide de refroidissement, le récipient adsorbeur comportant un matériau adsorbant apte à adsorber et désorber des vapeurs de carburant. Selon le procédé, on chauffe le matériau adsorbant du récipient adsorbeur avec le liquide de refroidissement du moteur à combustion. D' autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de deux modes de réalisation de l'invention, pris à titre d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente de manière schématique une coupe d'un récipient adsorbeur selon l'invention ; - la figure 2 représente, de manière schématique, un premier mode de réalisation d'un système selon l'invention ; et - la figure 3 représente, de manière schématique, un deuxième mode de réalisation d'un système selon l'invention. Sur la figure 1 a été représenté un récipient adsorbeur 1 destiné à adsorber les vapeurs de carburant provenant d'un réservoir de carburant (voir figure 2) d'un véhicule automobile, et notamment d'un véhicule hybride (rechargeable ou non). Le récipient adsorbeur 1 comprend un corps ou carter 2, et un matériau adsorbant 3, par exemple du charbon actif, placé à l'intérieur du carter 2. Le carter 2 comprend une entrée 4 reliée au réservoir de carburant du véhicule automobile, une sortie 5 reliée au moteur à combustion interne du véhicule automobile, et une mise à l'air en communication avec l'atmosphère. L'entrée 4 permet aux vapeurs de carburant présentes dans le réservoir d'entrer dans le récipient adsorbeur lors, par exemple, du remplissage du réservoir. L'air présent dans le récipient adsorbeur est alors chassé du récipient adsorbeur et sort par la mise à l'air 6, et les vapeurs de carburant sont adsorbées sur le matériau adsorbant 3, par exemple du charbon actif. Cette phase d'adsorption, qui permet d'éviter la libération dans l'atmosphère des vapeurs de carburant, a lieu pendant la phase de remplissage du réservoir ou pendant une augmentation de température du carburant présent à l'intérieur du réservoir. Les vapeurs de carburant se trouvent ainsi piégées dans le récipient adsorbeur 1 et ne s'échappent pas dans l'atmosphère.
Lorsque le récipient adsorbeur est au moins partiellement rempli de vapeurs de carburant, on peut effectuer, pendant une phase de fonctionnement du moteur à combustion, une purge du récipient adsorbeur 1. Lors des phases de purge, la sortie 5 est ouverte et de l'air est introduit par la mise à l'air 6. L'air introduit par la mise à l'air 6 chasse les vapeurs de carburant désorbées par le matériau adsorbant 3 via la sortie 5, vers le système d'admission d'air du moteur à combustion. Le carter 2 présente une forme générale cylindrique avec une paroi latérale cylindrique 7, une face inférieure 8 et une face supérieure 9, les faces inférieure et supérieure étant perpendiculaires à l'axe du cylindre. L'entrée 4, la sortie 5 et la mise à l'air 6 sont montées, décentrées, sur la face supérieure 9 du carter et communiquent avec l'intérieur du carter 2 dans lequel est placé le matériau adsorbant 3. Afin d'optimiser l'adsorption des vapeurs de carburant dans le matériau 3, le récipient adsorbeur 2 peut comprendre une paroi interne axiale (non représentée) séparant partiellement le volume intérieur du carter 2. Plus précisément, la paroi interne axiale sépare le volume supérieur du carter 2 en deux parties, une première partie 10 communiquant avec l'entrée 4 et la sortie 5, et une deuxième partie 11 communiquant avec la mise à l'air 6. La paroi interne axiale ne s'étend pas dans le volume inférieur 12 du carter 2 par lequel la première partie et la deuxième partie du volume supérieur peuvent communiquer. Ainsi, lors des phases d'adsorption, les vapeurs de carburant entrant par l'entrée 4 dans le récipient adsorbeur 1 descendent vers la face inférieure 8 du carter 1 avant de remonter vers la mise à l'air 6. Le volume de matériau adsorbant 3 parcouru par les vapeurs de carburant avant que celles-ci n'atteignent la mise à l'air 6 est ainsi augmenté. Lors des phases de purge, une température élevée du matériau adsorbant 3 permet d'obtenir une désorption plus rapide des vapeurs de carburant. Afin de chauffer le matériau adsorbant 3, un échangeur thermique 13 est monté dans le récipient adsorbeur 1. L'échangeur thermique 13 se présente sous la forme d'une conduite, montée axialement dans le carter 2, et apte à être reliée au circuit de circulation du liquide de refroidissement du moteur à combustion. En effet, en fonctionnement, la température du liquide de refroidissement est d'environ 80-90°C, et permet donc de chauffer le matériau adsorbant 3 pendant les phases de purge. Dans le mode de réalisation décrit, la circulation du liquide de refroidissement dans l'échangeur thermique 13 s'effectue de la face supérieure 9 vers la face inférieure 8. Alternativement, il peut être également avantageux que la circulation du liquide de refroidissement dans l'échangeur thermique 13 s'effectue de la face inférieure 8 vers la face supérieure 9, afin de favoriser l'évacuation par le flux, des bulles d'air présentes dans le liquide de refroidissement. La figure 2 représente, de manière schématique, un premier mode de réalisation d'un système 14 pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Le véhicule automobile comporte un moteur à combustion 15 alimenté en carburant par un réservoir 16, via une conduite 17. Le système 14 comprend un récipient adsorbeur 1 tel que représenté sur la figure 1, et un circuit 18 de circulation d'un liquide de refroidissement du moteur à combustion 15 comprenant une conduite principale 19. L'entrée du récipient adsorbeur 1 est reliée au réservoir 16 via une conduite 20, et la sortie est reliée au moteur 15 via une conduite 21. La conduite 21 permet notamment, pendant les phases de purge, d'alimenter le système d'admission d'air du moteur 15 avec un mélange d'air et de vapeurs de carburant. Afin de chauffer le récipient adsorbeur pendant les phases de purge, le circuit 18 de circulation du liquide de refroidissement comprend une conduite secondaire 22, piquée sur la conduite principale 19, et sur laquelle est monté l'échangeur thermique 13 (voir figure 1) du récipient adsorbeur 1. Une vanne commandée 23 est montée sur la conduite secondaire 22 afin de commander le chauffage du récipient adsorbeur en synchronisation avec l'ouverture de la sortie du récipient adsorbeur. La conduite secondaire est piquée sur la conduite principale 19 en amont du moteur à combustion 15, lorsque le liquide de refroidissement a été préalablement refroidi et présente donc une température adaptée à une phase de purge du récipient adsorbeur. Ainsi, lorsque le récipient adsorbeur est en phase d'adsorption ou n'est pas utilisé, la vanne 23 ferme l'entrée de la conduite secondaire et le liquide de refroidissement ne circule pas dans le récipient adsorbeur. Par contre, pendant les phases de purge, la vanne 23 est ouverte et le liquide de refroidissement circule dans l'échangeur thermique du récipient adsorbeur afin de chauffer le matériau adsorbant et donc faciliter la désorption des vapeurs de carburant qui sont ensuite acheminées vers le moteur 15. La figure 3 représente, de manière schématique, un deuxième mode de réalisation d'un système 14 pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile. Le véhicule automobile comporte une ligne d'échappement 24 des gaz émis par le moteur à combustion 15, et le circuit 18 de circulation du liquide de refroidissement comprend une conduite de dérivation 25 sur laquelle est monté un deuxième échangeur thermique 26. Le deuxième échangeur thermique 26 est également monté sur la ligne d'échappement 24. Une vanne commandée 27 montée sur la conduite de dérivation 25, en amont du deuxième échangeur thermique 26, permet de contrôler la quantité de liquide de refroidissement circulant dans le deuxième échangeur thermique 26, et donc permet de contrôler la température du liquide de refroidissement avant d'alimenter éventuellement l'échangeur thermique du récipient adsorbeur. De préférence, la ligne d'échappement 24 comprend également un catalyseur 28, monté en amont du deuxième échangeur thermique 26. Lors de phases de purge pendant lesquelles le liquide de refroidissement n'a pas la température voulue pour chauffer le matériau adsorbant (phase de démarrage par exemple), la vanne commandée 27 fait circuler le liquide de refroidissement dans le deuxième échangeur thermique 26 afin de récupérer les calories des gaz d'échappement, puis la vanne 23 dirige le liquide de refroidissement chauffé vers le récipient adsorbeur 1 pour effectuer la purge. L'invention permet ainsi de récupérer les calories dissipées par le véhicule automobile pour chauffer le récipient adsorbeur pendant les phases de purge, tout en contrôlant la quantité de calories apportées afin de ne pas endommager le récipient adsorbeur.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système (14) pour adsorber et désorber les vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, notamment hybride, équipé d'un moteur à combustion interne (15), comportant : - un circuit (18) de refroidissement du moteur à combustion interne par circulation d'un liquide de refroidissement, et - un récipient adsorbeur (1) comportant un matériau adsorbant (3) apte à adsorber et désorber les vapeurs de carburant, caractérisé en ce que le récipient adsorbeur comporte également un échangeur thermique (13) en contact thermique avec le matériau adsorbant (3), l'échangeur thermique étant monté sur une boucle de dérivation (22) piquée sur le circuit de refroidissement.
- 2. Système (14) selon la revendication 1 dans lequel le matériau adsorbant (3) comporte du charbon actif.
- 3. Système (14) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le matériau adsorbant (3) est monté dans un carter (2) présentant une entrée (4) de vapeur de carburant et une sortie (5) de vapeur de carburant, l'entrée (4) et la sortie (5) étant en communication avec le matériau adsorbant (3).
- 4. Système (14) selon la revendication 3 dans lequel le carter (2) présente une forme longitudinale, par exemple cylindrique, et dans lequel l'échangeur thermique (13) est monté selon la dimension longitudinale du carter (2).
- 5. Système (14) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la boucle de dérivation (22) est piquée sur le circuit de refroidissement en amont du moteur à combustion interne (15).
- 6. Système (14) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le véhicule automobile comprend également une ligne d'échappement (24) des gaz produits par le moteur à combustion interne, et dans lequel un deuxième échangeur thermique (26) est monté entre la ligne d'échappement (24) et le circuit (18) de refroidissement.
- 7. Système (14) selon la revendication 6 dans lequel le deuxième échangeur thermique (26) est monté sur le circuit (18) de refroidissement, en amont de la boucle de dérivation (22).
- 8. Système (14) selon l'une des revendications précédentes comprenant une vanne commandée (23) apte à contrôler la quantité de liquide de refroidissement circulant dans la boucle de dérivation (22).
- 9. Système (14) selon les revendications 6 et 8 comprenant une deuxième vanne commandée (27) apte à contrôler la quantité de liquide de refroidissement circulant dans le deuxième échangeur thermique (26).
- 10. Procédé de purge d'un récipient adsorbeur (1) des vapeurs de carburant issues du réservoir de carburant d'un véhicule automobile, notamment hybride, équipé d'un moteur à combustion interne refroidi par un circuit de refroidissement par circulation d'un liquide de refroidissement, le récipient adsorbeur (1) comportant un matériau adsorbant (3) apte à adsorber et désorber des vapeurs de carburant, caractérisé en ce qu'on chauffe le matériau adsorbant (3) avec le liquide de refroidissement du moteur à combustion.
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