Brevet FR2253174A1 — publié le 19750627

la présente invention concerne un dispositif pour limiter les écoulements gazeux d'un réservoir de matières volatiles, en particulier d'un réservoir à essence d'automobile, ces écoulements pouvant entrer dans ce réservoir ou en sortir en raison d'une différence entre la pression interne et la pression ambiante. Fréquemment, des réservoirs de liquides volatils sont sujets à des changements de pression interne d'une importance suffisante pour les faire éclater si la pression interne augmente ou en provoquer l'écrasement si la pression interne diminue. Pour éviter ces accidents, il faut prévoir des renforts souvent très onéreux et mal commodes, ou réaliser un système de mise à l'air libre du réservoir. Ainsi, pour des réservoirs d'essence d'automobile, par exemple, on doit employer un mode de fabrication et des matériaux qui ne soient ni prohibitivement comateux ni trop lourds ou encombrants. Cependant, l'essence qu'ils contiennent est volatile et sujette à la vaporisation, non seulement du fait de la température et de la surface du volume liquide, mais également en raison du "barbotage" provoqué par l'agitation de l'essence quand le véhicule est en mouvement. En effet, l'essence et l'air adjacent se trouvent alors activement malaxés, augmentant ef fe ct i v emen t ain s i 1 a. surface de l'essence liquide offerte à l'évaporation. On sait en outre qu'un passage de la phase liquide à la phase gazeuse produit un accroissement de volume si la pression est maintenue constante ; alternativement le fait d'empêcher le volume d'augmenter fait augmenter la pression. De telles augmentatioes de pression peuvent être suffisantes pour faire éclater le réservoir, ou pour dérégler le système d'alimentation en combustible d'un véhicule. En effet, le débit d'alimentation risque d'augmenter du fait de la pression interne du réservoir, indépendamment du dispositif de régulation qui commande normalement 1'arrivée du combustible. En outre, quand de telles pressions ne sont pas présentes, à mesure que le combustible est consommé, une dépression apparat à l'intérieur du réservoir. La pression atmosphérique agissant sur l'extérieur du réservoir, peut alors en provoquer l'écrasement. Ou, du moins, une panne d'alimentation en combustible risque de survenir puisque la dépression peut suffire pour désamorcer la pompe à combustible ou le carburateur. Différents moyens ont été utilisés pour remédier à ces inconvénients. En disposant un tube ou un trou de ventilation au sommet du réservoir, ou dans le bouchon de remplissage, on peut faire évacuer à l'extérieur les vapeurs en surpression Grâce à ce même moyen, une dépression du réservoir peut également être compensée par une entrée d'air. Aussi satisfaisante que puisse être cette solution pour résoudre les problèmes différences de pression, elle est tombée en défaveur en raison de ses conséquences sur l'environnement et le gaspillage d'énergie. En effet, comme les causes de surpression, ou de dépression du réservoir changent constamment, le réservoir "respire" et alternativement expulse des vapeurs ou aspire de l'air de l'atmosphère. Un effet néfaste de cette respiration est la pollution de l'atmosphère, d'autant que les parties les plus volatile; de ltessen- ce sont les hydrocarbures les plus légers. Ces composants, présentant 4, 5 ou 6 atomes de carbone de la famille des paraffines, des oléfines ou des aromatiques,sont considérés maintenant comme les plus susceptibles de réagir avec le bioxyde d'azote en présence de la lumière solaire pour provoquer le brouillard photochimique bien connu, par exemple, en Californie du Sud. les effets nuisibles des émissions de vapeurs précitées présentent donc des conséquences plus importantes que leur simple présence dans l'atmosphère. Pour éviter ces inconvénients graves, on a d'abord proposé de réintroduire ces vapeurs d'essence du réservoir dans le système de carburation du véhicule. Cette solution peut contribuer à diminuer la pollution, mais elle n'est pas suffisamment efficace en ce qui concerne les pertes d'énergie qui résultent également de cette "respiration" du réservoir. On sait en effet que l'essence s'évapore en surface tant que l'atmosphère voisine n'est pas saturée et que les constituants qui s'évaporent ainsi en premier lieu et le plus facilement, sont ceux qui ont le point d'inflammation le plus bas, et qui représentent un constituant énergétique important de l'essence. Ainsi, dans un système où l'atmosphère voisine de la surface de l'essence est maintenue au-dessous du taux de saturation, par le dégagement des vapeurs dans l'atmosphère ou dans le système de carburation, il y a une réduction notable du pouvoir énergétique de l'essence. L'évaporation tend en effet à extraire les constituants à bas point d'inflammation Le but de 1 invention est de remédier aux inconvénients précités, en permettant de réaliser un dispositif qui réduise ou élimine les émanations de vapeurs des réservoirs de liquides volatils, et qui empêche les rentrées d'air dans ces réservoirs, dans certaines limites choisies de surpression et de dépression. Un autre but de l'invention est de permettre de maintenir l'atmosphère interne d'un réservoir de liquide volatils au taux de saturation le plus élevé possible. L'invention a également pour but de réaliser un dispositif tel qu'indiqué ci-dessus, et qui soit en outre simple, économique et facile à installer. 1' invention vise un dispositif pour limiter les écoulements gazeux d'un réservoir de matières volatiles, ces écoulement pouvant entrer dans ce réservoir ou en sortir, en raison d'une différence entre la pression interne et la pression ambiante. Selon l'invention, le dispositif précité est caractérisé en ce qu'il comporte deux soupapes de décharge tarées, co-axiales et disposées à l'inverse l'une de l'autre. Grace à ces deux soupapes tarées et d'effets inverses, l'atmosphère interne du réservoir se trouve maintenue dans certaines limites choisies de surpression ou de dépression, ce qui permet de réduire les émanations de vapeurs du réservoir, comme les rentrées d'air dans celui-ci. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, dans le cas d'application à un véhicule automobile, le dispositif précité est monté sur le bouchon du réservoir de combustible ; il peut encore être monté sur le dispositif de mise à l'air libre du réservoir. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description donnée ci-après de quelques modes de réalisation de l'invention, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une coupe d'une réalisation du dispositif conforme à l'invention. La figure 2 représente l'application du dispositif de la figure 1 à un réservoir d'essence d'automobile. La figure 3 représente un autre mode d'application du même dispositif à un réservoir d'essence d'automobile. La figure 1 représente une réalisation de l'invention sous la forme d'une soupape 10 qui-est particulièrement adaptée à l'utilisation sur un réservoir d'essence de véhicules automobiles. Cette soupape comprend un corps supérieur 1-2, un corps inférieur 14, et un corps principal 16. Pour faciliter la fabrication et le montage, le corps principal 16 est divisé en deux moitiés, supérieure et inférieure, qui font corps respectivement avec le corps supérieur 12 et le corps inférieur 14, joints l'un à l'autre suivant une portée 17 et maintenus assemblés par une virole 19. On peut fabriquer les élé- ments précités à partir d'une grande variété de matériaux. Mais il est avantageux de fabriquer le corps supérieur 12, le corps inférieur 14, un axe 22 et la virole 19, en aluminium, et les ressorts 24, 26en acier inoxydable. A l'intérieur du corps supérieur 12 se trouve un conduit de ventilation 13, et à l'intérieur du corps inférieur 14 se trouve un conduit de réservoir 18. A l'intérieur du corps principal 16 se trouve une cavité élargie 20 dans laquelle sont situés les organes d'une double soupape tarée, de décharge dans les deux sens. Le dispositif comprend un axe 22, un ressort de décharge de pression 24, un ressort de décharge de dépression 26, un clapet de soupape de pression .28, un joint torique de soupape de pression 30, un joint torique de soupape de dépression 32, une butée en collerette 34, et une rondelle arrêtoir 36. Les joints 30, 32 peuvent être fabriqués erj néoprène ou tout autre matériau convenable. Le joint 32 est situé dans une gorge annulaire 38 à l'estrémité inférieure de l'axe 22, et le joint 50 est situé dans une gorge annulaire 40 du clapet 28. Tel qu'il est monté et représenté, le ressort de decharge de pression 24 porte, par son extrémité supérieure, contre la surface supérieure de la cavité 20. Ce ressort 24 est en compression et son extrémité inférieure porte dans une gorge annulaire 44 de la surface supérieure du clapet 28. Le joint 30 associé est donc plaqué vers le bas contre le portage conique 46 de ltextrémlté inférieure de la cavité 20, qui forme un siège de soupape.Ainsi, cette partie du montage constitue une soupape de décharge de pression qui se relâche à mesure que la pression à l'intérieur du réservoir associé est transmise par le conduit de réservoir 18 contre le clapet de soupape 28. La compression ainsi imposée au ressort 24 permet à la soupape de s'ouvrir. La vapeur sous pression passe alors par la cavité 20 et le conduit de ventilation 13, jusque dans l'atmosphère, ou dans le système de carburation du véhicule, comme on 1' expose ci-après. Le joint torique 32, monté dans la gorge annulaire 38 de ltaxe 22, est sollicité contre le portage conique 48 du, clapet 28 par le ressort de décharge de dépression 26, maintenu en compression par la collerette 34. Ainsi, quand la dépression dans le réservoir dépasse la capacité du ressort 26 à retenir le joint 32 contre le portage interne 48 du clapet 28, l'axe 22 se déplace vers le bas. l'air ou le fluide ambiant peut alors pénétrer par le conduit 13, dans la cavité 20 et passer dans le conduit 18, et à l'intérieur du réservoir associé pour y réduire la dépression. La soupape de décharge de dépression et la soupape de déchar- ge de pression, telles que décrites précédemment, sont coaxiales et agissent en sens opposés. L'une est capable de réduire une surpression du réservoir en agissant dans un premier sens, et l'autre est capable de réduire une dépression du réservoir, en agissant dans le sens opposé. Cette configuration rend la soupape composite particulièrement avantageuse à la fois du point de vue de la simplicité de fabrication et du point de vue de la simplicité d'installation, comme on l'expose cl-après. La figure 2 représente un mode d'application du dispositif conforme à l'invention sur un réservoir 60 d'essence d'an véhicule. le corps inférieur 14 de la soupape 10 est fixé à l'orifice de mise à l'air libre 62 du réservoir 60 au moyen d'un tube 64, par exemple en néoprène ou en tout autre matériau convenable, serré par des colliers 66. le corps supérieur 12 ou le corps principal 16 peut être fixé en outre contre un déplacement au moyen d'attaches (non représentées). La figure 3 représente un autre mode d'application du dispositif conforme à l'invention, monté sur un réservoir d'essence d'un véhicule. La goulotte de remplissage 68 comporte un bouchon 70, avec un trou central, dans lequel le co-rps supérieur 12 de la soupape 10 est fixéau moyen d'un écrou 72 vissé sur des filets 74 du corps supérieur 12. Comme on l'a représenté en outre à la figure 1, une rondelle 76, en néoprène ou tout autre matériau convenable, est située à la base des filets 74 pour constituer un joint étanche au liquide et à la vapeur, entre le bouchon 70 et la soupape 10. On choisit la longueur et la force des ressorts 24, 26 de façon que les soupapes associées à chacun d'eux s'ouvrent à des pressions prédéterminées. Pour l'utilisation dans des réservoirs de carburant d'automobile, par exemple, on a trouvé désirable de réaliser la soupape de pression du réservoir, correspondant au joint 30, au clapet 28, et au ressort 24 (figure 1) de façon qu'elle s'ouvre sous une pression d'environ 0,45 kg par cm2. De même, il est avantageux de réaliser la soupape de dépression du réservoir, correspondant au joint 32 et au ressort 26, de façon qu'elle s'ouvre sous une pression d'environ 0,04 kg par cm2. De cette façon, il est possible de maintenir la pression à l'intérieur du réservoir dans des limites prédéterminées de surpression et de dépression.On réduit ainsi l'évacuation intempestive de la vapeur 80 située au-dessus de. la surface de l'essence 82, ainsi que sa dilution par une injection nouvelle d'air frais provenant de l'extérieur du réservoir. De cette manière, on maintient au taux de saturation la zone supérieure du-réservoir, une fois que la saturation y est atteinte. Toute nouvelle évaporation de l'essence dans le réservoir provoque une condensation équivalente des zones de vapeur situées au-dessus.La proportion des constituants à bas point de vapeur de 1' essence est mai-ntenue ainsi que la valeur énergétique de l'essence. La pollution de l'atmosphère est évitée du fait de la suppression des émanations de vapeurs d'essence. Le réservoir ne risque pas d'éclater sous l'effet dtune pression interne dépassant sa résistance. Il ne risque pas davantage de s'écraser, sous l'effet d'une dépression interne dépassant elle aussi la limite de résistance du réservoir. Comme on a pu le voir, la réalisation de l'invention est facile et économique parce que la structure du dispositif est simple, peu conteuse de fabrication et d'entretien, et qu'on peut l'installer avec un minimum de modification sur un système d'alimentation en carburant. Exemple 1. Une voiture "Innocenti Mrni Minor MEC2" équipée d'un moteur de 848 cm3 de cylindrée, en bon état général, a été conduite à deux reprises à Rome, et dans les environs,en suivant le même itinéraire d'environ 200 km. Le premier trajet a été effectué sans dispositif spécial, et le second avec un dispositif conforme à l'invention, combiné au système d'alimentation en carburant de la voiture. Dans les deux cas le carburant a été acheté à la même station de distribution d'essence.les encombrements et les autres conditions ont été sensiblement les mêmes au cours des deux essais. Dans le premier trajet, le véhicule a couvert une moyenne de 9,5 km par litre de carburant, et dans le second trajet, il a couvert une moyenne de 11,05 km par litre. le rendement kilométrique du deuxième essai a donc été d'environ 16 supérieur au premier. Exemple 2. Une voiture "Fiat 124" a été conduite à deux reprises sur un itinéraire de 300 km, d'altitude variée, en dehors du trafic urbain par le même conducteur, en utilisant chaque fois du carburant de même origine et en opérant à une vitesse sensiblement identique, et à des régimes identiques dtaccélération et de reprise. Sur le premier trajet, sans dispositif particulier, le véhicule a couvert une moyenne de 8,26 km par litre de carburant. Dans le second trajet, 'avec le dispositif conforme à l'invention, il a couvert 9,4 km par litre ; l'augmentation du rendement est donc d'environ 13,9 %. Il est également possible de satisfaire facilement aux régles anti-pollution, en reliant le corps supérieur de la soupape de décharge au système de carburation, par exemple au moyen d'un tube en néoprène, ou en tout autre matériau convenable. Bien que la réalisation concrète décrite ici soit particulièrement utilisable sur le systeme d'alimentation d'un véhicule automobile, il est évident que l'invention n'est pas limitée à cette application qu'on a décrite seulement à titre d'exemple, et qu'on peut apporter denombreuses variantes à ces réalisations sans sortir du domaine de l'invention. Ainsi, par exemple, l'invention peut s'appliquer avantageusement à-d'autres sytèmes de circulation de combustibles, ou encore à tout autre genre de réservoirs de matières volatiles posant des problèmes de déperdition énergétique ou d'émanations indésirables, notamment du point de vue de la pollution atmosphérique. Tel est notamment la cas de l'industrie chimique, à divers stades de traitement et de~distribution de ses produits. REVBNDIOATIONg 1. Dispositif pour limiter les écoulements gazeux d'un réservoir de matières volatiles, ces écoulements pouvant entrer dans ce réservoir ou en sortir en raison d'une différence entre la pression interne et la pression ambiante, caractérisé en ce qu'il comporte deux soupapes de décharge tarées coaxales et disposées à l'inverse l'une de l'autre. 2. Dispositif conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est associé au système d'alimentation en combustible d'un véhicule. 3. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est combiné avec une partie constitutive du réservoir à combustible d'un véhicule. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la partie constitutive précitée est le bouchon de remplissage du réservoir. 5. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la partie constitutive précitée est le dispositif de mise à l'air libre du réservoir. 6. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un joint extérieur qui vient en appui contre le bouchon précité en position de service. 7. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la soupape de décharge qui permet aux gaz de circuler en provenance du réservoir est réglée pour s'ouvrir à une pression dépassant 0,45 kg par centimètre carré, et en ce que la soupape de décharge qui permet aux gaz de circuler en direction du réservoir est réglée pour s'ouvrir à une pression dépassant 1/30 de kg par centimètre carré. 8. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de décharge qui permet aux gaz de circuler en provenance du réservoir est réglée pour s'ouvrir à une pression dépassant 0,45 kg par cm , et en ce que la soupape de décharge qui permet aux gaz de circuler en direction du réservoir est réglée pour 2 s' ouvrirà une pression dépassant 1/30 de kg par cm2. 9. Dispositif pour économiser le carburant d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un corps supérieur présentant un conduit le traversant à l'intérieur, un corps inférieur présentant un conduit le traversant à l'intérieur, un corps principal intermédiaire entre le corps supérieur et le corps inférieur précités et présentant une cavité intérieure dans laquelle débouchent les deux conduits précités, et des moyens d'obturation situés à l'intérieur de ladite cavité et comprenant une première soupape pour contrer le flux de fluides en direction de cette cavité par l'un des conduits précités et une seconde soupape coaxiale avec la première soupape pour contrer le flux de fluides en provenance de ladite cavité vers l'un des conduits précités. 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la première soupape comprend un clapet, des moyens d'étanchéité montés sur ce clapet en regard d'un siège de soupape sit situé à l'intérieur de la cavité précitée, et des premiers moyens d'actionnement pour exercer sur le clapet une pression prédéterminée en direction du siège précité, quand les moyens d'étanchéité viennent en appui contre ce siège. 11. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la seconde soupape comprend un axe traversant le centre d'un organe d'obturation situé en regard de liouverture de l'un des conduits précités en direction de la cavité, et pouvant s'adapter de manière étanche à cette ouverture, des moyens d'étanchéité étant prévus sur la partie de l'axe située du coté de l'organe d'obturation en direction de l'un des conduits, ces moyens d'étanchéité étant situés en regard d'un siège de soupape situé dans cet organe du côté de celui-ci tourné en direction de l'un des conduits précités, et des moyens d'actionnement pour exercer sur cet axe une pression prédéterminée en direction du siège précité, quand les moyens d'étanchéité viennent en appui contre ce siège. 12. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde soupape comprend un axe traversant le centre du clapet précité de la première soupape, des seconds moyens d'étanchéité montés sur la partie de cet axe qui est du côté du clapet de soupape en direction de l'un des conduits, ces seconds moyens d'étanchéité se trouvant en regard d'un second siège de soupape situé dans le clapet du côté tourné en direction de 1' un des conduits, et des seconds moyens d'actionnement pour exercer sur cet axe une pression prédéterminée en direction du second siège, quand les seconds moyens d'étanchéité viennent en appui contre ce second siège. 13. Dispositif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que les deux moyens d'actionnement précités sont des ressorts. 14. Dispositif conforme à la revendication 13, caractérisé en ce que les premiers moyens d'actionnement sont réglés pour une pression d'au moins 0,35 kg par centimètre carré, et en ce que les seconds moyens d'actionnement sont réglés pour une pression d'au moins 1/30 kg par centimètre carré. 15. Dispositif conforme à la revendication 14, caractérisé en ce que le corps supérieur précité et la partie du corps principal voisine constituent une partie intégrante d'une première pièce du corps, en ce que le corps inférieur et la partie du corps principal voisine constituent une partie intégrante d'une seconde pièce du corps, et en ce que les deux pièces du corps sont assemblées l'une à l'autre. 16. Dispositif conforme à la revendication 15, caractérisé en ce que les pièces précitées du corps sont assemblées au moyen d'une virole. 17. Dispositif conforme à l'une des revendications 14, 15 ou 16, caractérisé en ce que le corps comporte un joint extérieur, pour fixer le dispositif de manière amovible à un trou du bouchon de remplissage du réservoir à carburant d'un véhicule.