Brevet FR2686048A1 — publié le 19930716

La présente invention se rapporte à un système d'aération d'un réservoir de carburant pour véhicule automobile. On connait depuis longtemps divers systèmes d'aération pour des réservoirs de carburant, tels que des réservoirs d'essence pour véhicules propulsés par des moteurs à combustion interne. Pour des impératifs de sécurité notamment, ces systèmes d'aération comprennent un boîtier formant vanne, raccordé à l'aide d'un conduit d'aération d'une part à la partie supérieure de l'intérieur du réservoir et d'autre part à l'air ambiant ou atmosphère. Généralement, une masselotte telle qu'une bille par exemple et une capsule ou analogue faisant office de bouchon sont respectivement montées mobiles entre une position haute et une position basse dans le boîtier. Le boîtier constitue ainsi un dispositif d'obturation et d'étranglement grâce auquel les vapeurs ou gaz de carburant sont freinés par la masselotte qui obstrue partiellement la connexion du boîtier avec le réservoir lorsqu'elle se trouve en position basse, et limitant l'écoulement du carburant en cas de renversement du réservoir, puisqu'alors le bouchon se trouve dans une position où il obture la connexion entre le boîtier et l'atmosphère. Toutefois, les systèmes d'aération de l'art antérieur ne permettent pas de contrôler le débit d'évaporation des gaz provenant du réservoir, afin de satisfaire à la fois aux impératifs de sécurité et de respect de l'environnement, et de garantir un excellent transfert du carburant du réservoir vers le moteur du véhicule. Aussi, l'invention a pour but de résoudre les inconvénients énoncés plus haut, en proposant un système d'aération avec lequel non seulement les fuites de carburant en cas de retournement du véhicule sont réduites, mais permettant aussi de limiter au mieux l'évaporation des gaz de carburant et de maintenir dans le réservoir une pression optimale pour le système d'alimentation du moteur. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aération pour le réservoir à carburant d'un véhicule automobile, du type comprenant un boîtier formant vanne, raccordé à l'aide d'un conduit d'aération d'une part à la partie supérieure du réservoir et d'autre part à l'atmosphère, une masselotte et un bouchon étant respectivement montés mobiles entre une position haute et une position basse dans ledit boîtier, de sorte qu'en position basse la masselotte obture partiellement la connexion du boîtier avec le réservoir, et que le bouchon obture la connexion du boîtier avec l'atmosphère dans sa position haute, caractérisé en ce que la masselotte qui est déplaçable sous l'effet des gaz provenant du réservoir, est généralement cylindrique et apte à coulisser suivant son axe longitudinal depuis une chambre inférieure où elle est logée en position basse vers une chambre supérieure dont la section transversale est plus importante, afin que la longueur d'un passage d'étranglement des gaz défini par l'espace annulaire entre la chambre inférieure et la masselotte diminue au fur et à mesure que cette dernière pénètre dans ladite chambre supérieure. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le passage d'étranglement des gaz précité comporte des ailettes dont les arêtes constituent des chicanes aptes à créer des turbulences dans l'écoulement des gaz au travers du boîtier formant vanne. Selon les cas, les ailettes précitées sont solidaires de la paroi interne de la chambre inférieure du boîtier, ou sont solidaires de la paroi externe de la masselotte coulissante. L'invention se caractérise également en ce que les ailettes comprennent au moins un filetage hélicoldal. Par ailleurs, les ailettes comprennent au moins deux anneaux superposés. Suivant les modes de réalisation de l'invention, ces ailettes sont venues de matière avec la paroi dont elles sont solidaires, ou sont constituées par une pièce tel qu'un fil enroulé autour de la masselotte et interposé entre la paroi extérieure de celle-ci et la paroi interne de la chambre inférieure. On notera ici que le réservoir comporte une chambre d'expansion intégrée, reliée au boîtier précité par une conduite d'admission elle-même reliée aux chambres du boîtier par un passage restreint quand la masselotte est en position basse. Le système d'aération conforme à l'invention comprend de préférence en dérivation de la vanne, un clapet de dépression apte à raccorder l'atmosphère et la partie supérieure du réservoir sous l'effet d'une dépression déterminée dans cette dernière. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemple qui suit et se réfère aux dessins annexés et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique du système d'aération conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale au travers du dispositif d'obturation et d'étranglement conforme à l'invention ; - la figure 3 est une vue agrandie d'un détail désigné en III sur la figure 2 - la figure 4 est une vue suivant la flèche IV de la figure 2 - la figure 5 est une vue de dessus d'une capsule formant bouchon pour le dispositif d'obturation de la figure 2 - la figure 6 représente en élévation une masselotte coulissante conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue similaire à la figure 6, mais représentant encore un autre mode de réalisation de masselotte coulissante - la figure 8 illustre un détail d'un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 9 est une vue agrandie d'un détail désigné en IX sur la figure 1. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit un réservoir 10 d'un véhicule automobile 1 représenté schématiquement par une partie de sa carrosserie où est formé un orifice 11 de remplissage du réservoir 10. L'orifice 11 débouche hors du véhicule 1 dans l'atmosphère ou air ambiant qui est désigné ici par la référence A. Une conduite de remplissage 12 qui relie l'orifice 11 à l'intérieur du réservoir 10 permet de verser dans ce dernier un carburant liquide quelconque 20 tel qu'essence ou gazole. Comme illustré en pointillés sur la figure 1, l'essence 20 peut être conventionnellement délivrée comme indiqué par la flèche F, à l'aide d'un robinet de pompe à essence 30. Le réservoir 10 comporte une cloison supérieure 14 qui comprend une partie supérieure 14a et une partie inférieure 14b. La conduite 12 débouche dans le réservoir 10 sensiblement en dessous de la partie 14b, c'est-à-dire en dessous d'un volet 14c dit de trop-plein, en regard duquel débouche l'extrémité inférieure d'une conduite de trop-plein 16. La conduite de trop-plein 16 s'étend depuis son extrémité en regard du volet ou déflecteur 14c jusqu'à une partie de la conduite de remplissage 12 qui forme une chambre de détente 18 reliée à l'atmosphère A par l'orifice 11 notamment. Le réservoir 10 est également équipé d'un système d'aération 100 ainsi qu'une chambre d'expansion 24. Celle-ci est constituée par un espace libre à l'intérieur du réservoir 10, qui est situé entre l'extrémité inférieure du volet 14c et la partie supérieure 14a, c'est-à-dire entre le niveau maximal 20a de carburant et le sommet 14a du réservoir 10. Cette chambre 24 permet la dilatation du carburant contenu dans le réservoir, par exemple lorsque la température s'élève, et facilite également le remplissage de ce dernier. Le système d'aération 100 comprend au moins un boîtier formant vanne 140 relié d'une part à la chambre d'expansion 24 (l'intérieur de la partie supérieure du réservoir 10) et d'autre part à l'atmosphère A, de préférence par l'intermédiaire d'un filtre 150 apte à adsorber les vapeurs de carburant 20. Plus précisement, le boîtier 140 est monté sur un conduit d'aération 160 raccordé au réservoir 10 et à l'air ambiant A, de manière à former un dispositif d'obturation et d'étranglement, comme expliqué plus loin. A cet effet, une masselotte 141 et une capsule formant bouchon 142 sont respectivement montées mobiles entre une position haute et une position basse, à l'intérieur du boîtier 140. Ainsi, la masselotte 141 peut obturer partiellement la connexion du boîtier avec le réservoir 10 lorsqu'elle est en position basse, et la capsule 142 peut obturer la connexion du boîtier avec l'atmosphère A lorsqu'elle est en position haute. Conformément à l'invention, la masselotte 141 est verticalement déplaçable sous l'effet des gaz provenant du réservoir 10 ; à cet effet, elle est relativement légère, par exemple en matière plastique et contenant une tare métallique, et elle est généralement cylindrique (cf. figure 2)et apte à coulisser suivant son axe longitudinal X-X' depuis une chambre inférieure 144a où elle est logée en position basse de repos, vers une chambre supérieure 144b dont la section transversale est plus importante, afin que la longueur d'un passage d'étranglement des gaz défini par l'espace annulaire entre la chambre inférieure et 144a et la masselotte 141 diminue au fur et à mesure que cette dernière pénètre dans ladite chambre supérieure 144b. Suivant le mode de réalisation de la figure 2, le boîtier formant vanne 140 est constitué par deux corps généralement cylindriques fixés l'un à l'autre. La référence numérique 140a désigne un corps cylindrique inférieur à une extrémité duquel est monté un corps cylindrique supérieur 140b. Les corps 140a et 140b sont de préférence obtenus par moulage d'une matière plastique rigide appropriée. La fixation des corps 140a et 140b peut s'effectuer à l'aide de tous moyens conventionnels, par exemple par agrafage élastique ou analogues. Le corps inférieur du boîtier 140 s'étend généralement suivant l'axe X-X' et comporte un espace interne qui définit les deux chambres inférieure 144a et supérieure 144b, dont la section transversale à l'axe X-X' est sensiblement circulaire. L'extrémité du corps 140a qui est opposée à la chambre supérieure 144b a la forme d'une conduite généralement cylindrique 145a venue de matière avec le corps 140a proprement dit. Cette conduite 145a est une conduite d'admission des gaz dans le boîtier 140, qui comporte à son extrémité libre une bague venue de matière et effilée 146a, faisant saillie de cette conduite pour permettre la fixation sur le corps 140a d'une partie du conduit d'aération 160 raccordée au réservoir 10. On remarque sur les figures 2 et 8 que cette conduite 145a débouche au centre de la chambre inférieure 144a, cette dernière débouchant dans la chambre supérieure 144b. Autrement dit, les deux chambres 144a, 144b constituent avec l'intérieur de la conduite d'admission 145a l'espace interne du corps inférieur 140a du boîtier. La référence numérique 143a désigne sur les figures 2 et 8 une chemise généralement cylindrique dont la longueur correspond sensiblement à la longueur "1" de la masselotte 141. Cette chemise est logée dans un alésage et constitue la paroi périphérique interne de la chambre 144a, de façon à former une portée de guidage à coulissement pour la masselotte 141. Ainsi, la chambre inférieure 144a a une section transversale inférieure à celle de la chambre 144b, et supérieure à celle de l'intérieur de la conduite d'admission 145a. De fait, l'espace interne du corps inférieur 140a comporte un premier épaulement 143b et un second épaulement 145b, respectivement formés à l'une des extrémités de la chambre inférieure 144a. Comme visible sur la figure 2, le corps supérieur 140b du boîtier formant vanne 140 comporte lui aussi un espace interne qui définit une chambre 144c disposée en regard de la chambre 144b du corps inférieur 140a, lorsque ces deux corps sont assemblés. La chambre 144c est séparée de la chambre 144b par un diaphragme rigide 143c. Ce diaphragme 143c qui est fixé au niveau d'un rebord supérieur du corps 140a, par exemple par agrafage élastique ou tout autre moyen approprié, est de forme sensiblement conique avec sa partie effilée dirigée vers la chambre 144b du corps inférieur 140a. Ce diaphragme 143c peut être réalisé en matière plastique ou en métal et comporte des orifices de passage de gaz 145c formés à sa périphérie pour raccorder ou mettre en communication permanente les chambres 144b et 144c. A son extrémité opposée au diaphragme 143c, le corps supérieur 140b comporte une conduite dite d'échappement 145b venue de matière avec ce corps. La conduite 145b s'étend suivant l'axe X-X' et comporte à son extrémité libre une bague conique intégrée 146b, similairement à celle qui a été décrit plus haut. La bague 146b permet la fixation d'une partie de la conduite d'aération 160 qui relie le boîtier 140 à l'atmosphère A. Le corps 140a du boîtier 140 comporte sur sa paroi périphérique externe un médaillon en saillie 101. Comme illustré sur la figure 4, ce médaillon 101 est venu de matière avec le corps inférieur 140a et comporte un signe en relief lOîx qui indique le sens d'écoulement des gaz de carburant 20 dans le boltier 140 lors du remplissage du réservoir, afin d'éviter toute erreur de montage de ce boîtier sur le système d'aération 100. En voyant la figure 2, on comprend que la forme conique du diaphragme 143c permet de stabiliser en position de repos une bille 132, qui est enfermée dans la chambre 144c du boltier 140 de façon à pouvoir se déplacer à l'intérieur de cette dernière lorsque le boltier 140 est renversé, mais possède une masse suffisante pour rester sensiblement immobile sous l'effet du passage des gaz au travers des orifices 145c du diaphragme 143c. Une capsule formant bouchon 142 est montée au-dessus de la bille 132 dans la chambre cylindrique 144c du boîtier 140, de façon à être mobile suivant l'axe X-X' entre une position basse (en traits forts) et une position élevée ou haute telle qu'illustrée en pointillés sur la figure 2. En se reportant à la figure 5, on voit que le bouchon 142 à la forme, suivant un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X', d'une étoile à huit branches. Parmi celles-ci, on compte quatre branches 142a dont les extrémités libres sont en contact avec la paroi périphérique interne ou alésage de la chambre 144c, et quatre branches 142b en alternance et dont la longueur est inférieure à celle des branches 142a. Les branches 142a permettent de guider le bouchon 142 à coulissement dans la chambre 144c, entre ses positions haute et basse. Le bouchon 142 comporte une partie centrale qui relie entre-elles les branches 142a,142b et qui comprend une face inférieure plate 142c ainsi qu'une protubérance supérieure 142d. Celle-ci a une forme généralement hémisphérique et fait saillie de l'anneau 142c en regard de l'extrémité débouchante du conduit d'échappement 145b, de manière à pouvoir l'obturer hermétiquement lorsque le bouchon 142 est dans sa position haute illustrée en pointillés sur la figure 2. Comme expliquée plus haut, la masselotte 141 est généralement cylindrique et est montée à coulissement dans le corps inférieur 140a, de façon qu'en position basse ou de repos, elle se trouve entièrement à l'intérieur de la chambre 144a, avec son extrémité inférieure en appui contre la conduite d'admission 145a pour l'obturer au moins partiellement. Plus précisément, la masselotte 141 est montée avec un certain jeu latéral dans la chemise 143a, de sorte qu'un espace annulaire E soit défini entre la chemise 143a et la masselotte 141. Cet espace E fait office de passage d'étranglement pour les gaz traversant le boîtier 140. Ici, on notera que l'extrémité inférieure 141a de la masselotte 141 est hémisphérique afin que le contact entre cette dernière et la conduite 145a soit bien centré et étanche. Toutefois, pour que la conduite d'admission 145a ne soit jamais hermétiquement obturée par la masselotte 141, une rainure radiale biseautée 135, est formée dans le corps inférieur 140a, entre la conduite 145a et l'épaulement 145b contre lequel la masselotte repose, comme ceci est illustré en détail sur la figure 3. La rainure radiale 135 est formée avec une profondeur choisie en fonction d'un débit minimal désiré au travers du boîtier 140. En variante, le corps 140a ne comporte pas de rainure 35 et la conduite 145a, est obturée par la masselotte 141 en position basse ; un clapet 170, décrit plus loin, permet alors une rentrée d'air dans le réservoir quand sa chambre d'expansion 24 est en dépression. On remarque sur les figures 2,6,7 et 8 que les parois du passage d'étranglement E ne sont pas lisses, mais comportent des ailettes dont les arêtes constituent des chicanes aptes à créer des turbulences dans l'écoulement des gaz au travers du boitier formant vanne 140. Evidemment, les ailettes de freinage de l'écoulement peuvent être soit solidaires de la masselotte 141, soit solidaires de la paroi interne de la chambre inférieure 144a. Dans ce dernier cas les ailettes pourront venir de matière avec la chemise 143a, sous la forme d'hélices, d'anneaux superposés ou analogues. Cependant, dans l'ensemble des modes de réalisation décrits, les ailettes formant chicanes sont solidaires de la masselotte 141. Suivant le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les ailettes de la masselotte 141 sont en forme d'hélice ou filetage hélicoïdal. Plus précisement, une première hélice 141b s'étend sur sensiblement deux tiers de la longueur de la masselotte 141 et une seconde hélice 141c à pas réduit est formée sur le tiers restant de sa longueur. Les hélices 141b et 141c sont venues de matière avec la masselotte 141 et ont une section en forme de V. Par "pas réduit" on entend que les arêtes du filetage hélicoïdal supérieur 141c sont plus rapprochées les unes des autres en comparaison avec celles du filetage inférieur 141b. Ceci permet de rendre plus progressif le coulissement de la masselotte 141 entre ses positions haute et basse. La figure 6 représente une masselotte 141 dont les ailettes sont constituées par des anneaux superposés 141d. Ces anneaux superposés 141d sont venus de matière avec la masselotte 141 et sont formés sur toute la longueur de cette dernière, avec un pas "pl" entre chaque arête formant chicane. Pour sa part, la figure 7 représente une masselotte 141 similaire à celle de la figure 6 et comportant un canal axial 147 permettant, comme la rainure 135, un faible écoulement de gaz à travers la vanne lorsque la masselotte 141 repose sur l'orifice du conduit 145a. Il va également de soi que la masselotte 141 peut comporter à la fois des ailettes en hélice et en anneaux superposés, avec différents pas. La figure 8 illustre un mode de réalisation d'une masselotte 141 dont les ailettes formant chicane ne sont pas venues de matière mais sont constituées par au moins une pièce rapportée. Ici, la masselotte 141 est cylindrique et un fil 141e est interposé entre la masselotte et le boîtier 140. Le fil 141e est enroulé en hélice entre la chambre 143a et la masselotte 141, de façon à former un "filetage hélicoldal" solidaire de cette dernière. Un clapet de dépression 170 est monté sur la paroi supérieure de la chambre de détente 18 de la conduite de remplissage 12. Ce clapet 170 visible sur la figure 1 permet lorsqu'un bouchon conventionnel étanche (non représenté) obture l'orifice 11, d'admettre dans les conduites 12 et 16 de l'air pour que règne dans le réservoir 10 une pression optimale pour le système d'alimentation (non représenté) en carburant 20 du véhicule 1. Autrement dit, le clapet de dépression 170 est capable de raccorder l'atmosphère A et la partie supérieure du réservoir 10, sous l'effet d'une dépression déterminée dans ce dernier. Le clapet 170 représenté sur la figure 9 est logé dans un col 18b de la chambre 18 et comporte une chemise de fixation 171 de forme généralement cylindrique, et une paire de lèvres 172a, 172b élastiquement déformables, jointives au repos et s'écartant lors d'une dépression dans le réservoir. Un tel clapet de dépression 170 peut être disposé aussi entre la conduite d'admission du boîtier formant vanne 140 et le filtre de décantage 150 par l'intermédiaire duquel la conduite d'échappement du boîtier 140 est reliée à l'atmosphère A, de façon que le boîtier peut être contourné par l'ouverture de ce clapet de dépression 170, afin d'augmenter l'apport en air au réservoir 10 et de permettre un retour dans celui-ci, par gravité et par dépression, du carburant adsorbé dans le filtre 150. En se reportant de nouveau à la figure 2, on comprend que si une pression positive se développe dans le réservoir 10, les gaz auront tendance à s'en échapper au travers du système 100. Une telle pression soulèvera progressivement la masselotte 141 de sorte que le rapport entre la longueur 1 de la chambre inférieure 144a et la longueur de la masselotte 141 à l'intérieur de cette chambre tendra vers zéro. Ainsi, au fur et à mesure que la masselotte 141 se déplacera suivant X-X' depuis la chambre 144a vers la chambre 144b, la longueur du passage d'étranglement E diminuera, en réduisant ainsi progressivement la résistance opposée par le boîtier 140 à la circulation des gaz provenant du réservoir 10, suivant le sens des flèches F sur les figures 1 et 2. Lorsque la masselotte 141 sera en position haute, les gaz pourront alors traverser à peu près librement le boîtier 140. En ce qui concerne le bouchon 142, on comprend aisément son fonctionnement sous l'effet de la gravité entre sa position basse en trait fort sur la figure 2 où la conduite d'échappement est dégagée, et la position haute d'obturation illustrée en pointillés. De même, on comprend que c'est sous l'effet de la gravité et lorsque celle-ci est supérieure à la pression de soulèvement de la masselotte 141 que cette dernière retourne depuis sa position haute vers sa position basse d'obturation partielle de la conduite d'admission 145a. Bien sûr, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits plus hauts, et comprend tous les équivalents des moyens techniques décrits ainsi que leurs combinaisons, si ceux-ci sont dans son esprit. REVENDICATIONS 1. Système d'aération pour le réservoir à carburant d'un véhicule automobile (1), du type comprenant un boitier formant vanne (140), raccordé à l'aide d'un conduit d'aération (160) d'une part à la partie supérieure du réservoir et d'autre part à l'atmosphère (A), une masselotte (141) et un bouchon (142) étant respectivement montés mobiles entre une position haute et une position basse dans ledit bottier (140), de sorte qu'en position basse la masselotte (141) obture au moins partiellement la connexion du boîtier avec le réservoir (10), et que le bouchon (142) obture la connexion du bottier avec l'atmosphère dans sa position haute, caractérisé en ce que la masselotte (141) qui est déplaçable sous l'effet des gaz provenant du réservoir, est généralement cylindrique et apte à coulisser suivant son axe longitudinal (X-X') depuis une chambre inférieure (144a) où elle est logée en position basse vers une chambre supérieure (144b) dont la section transversale est plus importante, afin que la longueur d'un passage d'étranglement des gaz (E) défini par l'espace annulaire entre la chambre inférieure (144a) et la masselotte (141) diminue au fur et à mesure que cette dernière pénètre dans ladite chambre supérieure (144b). 2. Système d'aération selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage d'étranglement des gaz (E) comporte des ailettes (141b,141c,141d,141e) dont les arêtes constituent des chicanes aptes à créer des turbulences dans l'écoulement des gaz au travers du bottier formant vanne (140). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes précitées sont solidaires de la paroi interne de la chambre inférieure (144a) du boîtier (140). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ailettes précitées (141b,141c,141d) sont solidaires de la paroi externe de la masselotte coulissante (141). 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les ailettes (141b,141c,141e) comprennent au moins un filetage hélicoïdal. 6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ailettes comprennent au moins deux anneaux (141d) superposés. 7. Système selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que des ailettes sont venues de matière avec la paroi (141) dont elles sont solidaires. 8. Système selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les ailettes sont constituées par une pièce (141e) tel qu'un fil interposé entre la paroi extérieure de la masselotte (141) et la paroi intérieure (143a) de la chambre inférieure (144a). 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le réservoir (10) comporte une chambre d'expansion intégrée (24) reliée au boîtier (140) par une conduite d'admission (145a) elle-même reliée aux chambres (144a,144b) du boîtier par un passage restreint (135,147) quand la masselotte (141) est en position basse. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un clapet de dépression (170) apte à raccorder l'atmosphère et la partie supérieure (14) du réservoir (10) sous l'effet d'une dépression déterminée dans cette dernière, ainsi qu'un filtre (150) apte à absorber les vapeurs de carburant émanant de cette partie (14).