Brevet FR2728200A1 — publié le 19960621

La présente invention concerne un dispositif de limitation de remplissage d'un réservoir de carburant, destiné à limiter la pénétration du carburant dans le volume d'expansion du réservoir pendant son remplissage et un véhicule automobile équipé de ce dispositif. Lors du remplissage d'un réservoir, il est nécessaire de conserver dans ce dernier un volume d'air dit d'expansion au-dessus du carburant pour permettre la dilatation de ce dernier, par exemple en cas d'élévation de la température, et éviter ainsi d'engendrer des contraintes excessives sur les parois du réservoir et tout risque de débordement du carburant. On a représenté schématiquement sur la figure 1 des dessins annexés un dispositif connu de limitation de remplissage d'un réservoir de carburant 1 pour véhicule automobile (non représenté), du type comprenant - un tube de dégazage 2 dont l'orifice inférieur 2a débouche dans la partie supérieure du réservoir 1 à partir de la paroi supérieure la de celui-ci et avec un certain dénivelé d par rapport à celle-ci, lequel tube de dégazage 2 se prolonge par un siphon 3 puis par une boîte de barbotage 4 qui est reliée à la partie supérieure 5a d'une tubulure de remplissage 5 dont l'orifice supérieur 5c est obturé par un bouchon 6 et dont l'orifice inférieur 5b communique avec la partie inférieure du réservoir 1, - un tube de mise à l'air 7 dont l'orifice inférieur 7a débouche dans le réservoir 1 au niveau de la paroi supérieure la, lequel tube de mise à l'air 7 se prolonge par un siphon 8 puis par une bote de séparation 9 qui est reliée par un tube 10 à l'extérieur ou à un dispositif de récupération des vapeurs de carburant (non représenté), et - un dispositif d'obturation 11 du circuit de mise à l'air, commandé par le bouchon 6 et obturant par exemple le tube 10 lorsque le bouchon est en position ouverte. On a indiqué en lb le volume d'expansion du réservoir 1 qui est défini sensiblement entre la paroi supérieure la du réservoir et l'orifice inférieur 2a du tube de dégazage. On voit sur la figure 1 que ce volume d'expansion lb communique avec l'extérieur par le circuit de mise à l'air 7, 8, 9 et 10. En fin de remplissage du réservoir 1, le volume d'expansion lb est comprimé par la colonne de liquide située dans la tubulure de remplissage 5 et dans le circuit de dégazage 2, 3 et 4, ce qui tend à repousser l'air ainsi comprimé vers le circuit de mise à l'air libre avec un débit qui est lié à la hauteur de la colonne de carburant précitée, à la section de l'orifice inférieur 7a du tube de mise à l'air 7 et à la perte de charge dans le circuit de mise à l'air. Le circuit de mise à l'air permet l'évacuation vers le dispositif de récupération des vapeurs d'une partie des gaz contenus dans le volume d'expansion en cas de surpression dans le réservoir, une telle surpression pouvant résulter de la dilatation des gaz sous l'effet de la chaleur, de la compression des gaz sous l'effet de la dilatation du carburant ou de l'évaporation de celui-ci. Pour les réservoirs de petite capacité, le circuit de mise à l'air est généralement de petite section et le débit d'air qui s'échappe du réservoir pendant la phase de fin de remplissage est faible. Le niveau du carburant dans la tubulure de remplissage baisse donc de façon à peine perceptible pour l'opérateur effectuant le remplissage, de sorte que l'opérateur ne sera pas incité à poursuivre le remplissage du réservoir et à noyer le volume d'expansion de ce fait. En revanche, pour les réservoirs de forte capacité ou pour ceux qui sont soumis à un échauffement important entraînant une forte production de vapeur, il est nécessaire de limiter la pression de vapeur dans le réservoir en réalisant le circuit de mise à l'air avec une section importante, ce qui conduit alors à un fort débit de vapeur s'échappant du volume d'expansion en fin de remplissage. Le niveau de carburant au sommet de la tubulure de remplissage baisse alors très rapidement, ce qui incite l'opérateur constatant visuellement cette baisse de niveau à poursuivre le remplissage de carburant et à noyer peu à peu le volume d'expansion. Le dispositif 11 précité obturant le circuit de mise à l'air libre pendant le remplissage du réservoir limite donc l'échappement des vapeurs du volume d'expansion vers le circuit de mise à l'air et conserve un volume d'expansion suffisant pour une dilatation ultérieure éventuelle du carburant. Ce dispositif d'obturation peut être commandé mécaniquement par l'ouverture et la fermeture du bouchon 6, mais on connaît également un autre dispositif d'obturation commandé par une électrovanne activée par l'arrêt et la mise sous tension du véhicule ou encore un dispositif d'obturation constitué par un système flottant venant obturer l'orifice inférieur 7a du tube de mise à l'air 7 dans le réservoir 1. Ces dispositifs connus de limitation de remplissage d'un réservoir de carburant ont pour inconvénient l'utilisation de nombreuses pièces mécaniques qui doivent être réalisées avec précision, un coût important et un risque de blocage ou de fuite donnant à ces systèmes une fiabilité insuffisante. La présente invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un dispositif assurant de manière fiable et automatique la limitation de remplissage d'un réservoir de carburant, en vue d'éviter de noyer le volume d'expansion de celui-ci en fin de remplissage. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de limitation de remplissage d'un réservoir de carburant, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant - un circuit de dégazage comprenant un tube de dégazage, un siphon et une bolte de barbotage reliant la partie supérieure du réservoir à la partie supérieure d'une tubulure de remplissage dont l'orifice inférieur débouche dans la partie inférieure du réservoir - un circuit de mise à l'air comprenant une bolte de séparation reliant la partie supérieure du réservoir à l'extérieur ou à un dispositif de récupération des vapeurs de carburant l'orifice inférieur du tube de dégazage débouchant dans la partie supérieure du réservoir à partir de la paroi supérieure de celui-ci et à un dénivelé prédéterminé de celle-ci, de manière à définir dans le réservoir un volume d'expansion correspondant sensiblement à ce dénivelé, caractérisé en ce que le circuit de mise à l'air comprend deux tubes de forte section, jointifs au moins à leur extrémité supérieure qui débouche dans la boîte de séparation précitée, chaque tube de forte section comprenant un siphon et une boîte de barbotage et ayant son orifice inférieur qui débouche dans la partie supérieure du réservoir sensiblement au même niveau que l'orifice inférieur du tube de dégazage, et un tube de petite section par rapport aux tubes de forte section précités, dont l'orifice inférieur débouche dans le réservoir au-dessus de l'orifice inférieur du tube de dégazage. Cet agencement particulier du circuit de mise à l'air assure la fonction de limitation de remplissage du réservoir sans utiliser aucun mécanisme ou pièce mécanique distinct. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux tubes de forte section sont jointifs sur toute leur longueur et forment un tube double. L'orifice inférieur du tube de petite section peut être situé avantageusement au point le plus haut du réservoir et présenter un diamètre inférieur à environ 0,9 mm. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le tube de petite section peut présenter un diamètre de l'ordre de 2 mm. Le diamètre des tubes de forte section peut être de l'ordre de 5 mm ou plus. Dans une variante de réalisation de l'invention, le tube de dégazage précité est formé par l'un des deux tubes de grande section précités du circuit de mise à l'air et la boite de barbotage du tube de dégazage communique à la fois avec la partie supérieure de la tubulure de remplissage et avec la bote de séparation précitée. La présente invention vise également un véhicule automobile équipé du dispositif de limitation de remplissage de réservoir mentionné ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre de deux modes de réalisation particuliers, actuellement préférés de l'invention, donnés uniquement à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique et en coupe verticale d'un réservoir de carburant équipé d'un dispositif connu de limitation de remplissage de celui-ci - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais représentant un réservoir de carburant de véhicule automobile équipé du dispositif conforme à l'invention ; et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, mais représentant une variante de réalisation du dispositif de l'invention. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, le dispositif de l'invention comporte un circuit de mise à l'air libre comprenant un tube de petite section 7, de diamètre sensiblement égal à 2 mm, dont l'orifice inférieur 7a est calibré de manière à laisser passer un faible débit de vapeur du volume d'expansion lb vers l'extérieur et débouche au niveau de la paroi supérieure la du récipient 1, le diamètre de l'orifice 7a étant de préférence inférieur à 0,9 mm. Le circuit de mise à l'air comprend en outre deux tubes jointifs 12, 12, de forte section, dont les orifices inférieurs 12a, 12a débouchent dans la partie supérieure du réservoir 1 au même niveau que l'orifice inférieur 2a du tube de dégazage 2, lesdits tubes jointifs 12 se prolongeant par des siphons 13, 13 puis par des boîtes de barbotage 14, 14 jusqu'à une bote de séparation 9 communiquant avec le dispositif de récupération des vapeurs par un tube 10. Le tube de petite section 7 communique également avec la boîte de séparation 9 en passant par un siphon 8 et une bote de barbotage 15. Au sens de la présente invention, une bolte de barbotage est un récipient qui reçoit le volume contenu dans le siphon, le dénoyage du siphon s'effectuant avec une pression maximale correspondant à la hauteur du siphon, à laquelle s'ajoute la hauteur dans la boîte de barbotage atteinte par le volume de liquide contenu dans le siphon, et la bolte de séparation est un récipient qui permet la séparation des gouttes de carburant (phase liquide) qui ont été entraînées avec le gaz (phase vapeur) dans le tube de mise à l'air ou la condensation d'une partie des vapeurs, ainsi que le retour du liquide dans le réservoir. La bote de séparation est généralement placée nettement au-dessus du ou des siphons qui y débouchent. On voit clairement sur la figure 2 que la partie inférieure des boltes de barbotage 4, 14 et 15 correspond à la hauteur du siphon associé 3, 13 et 8 respectivement. La boite de barbotage 15 commence sensiblement à la fin du passage en siphon 8 et se termine en partie supérieure de la boîte de séparation 9. La bote de séparation 9 commence à un niveau qui correspond sensiblement à l'orifice supérieur 5c de la tubulure 5 de remplissage. Les deux tubes de forte section 12, 12 forment une tubulure unique à double paroi dont la cloison interne s'étend jusqu'à la bote de séparation 9. On pourrait bien entendu prévoir au niveau de la partie supérieure du tube de remplissage 5 un déflecteur ou un moyen analogue empêchant l'introduction du carburant par un "pistolet" 18 dans la bolte de barbotage 4 du tube de dégazage 2. On a représenté schématiquement sur la figure 3 une variante de réalisation du dispositif de l'invention. Dans cette variante, le tube de dégazage 2 du mode de réalisation de la figure 2 est supprimé et sa fonction est assurée par l'un quelconque des tubes de forte section 12 du circuit de mise à l'air. En effet, les tubes de forte section 12 communiquent à la fois avec la partie supérieure 5a de la tubulure de remplissage 5 et avec la bote de séparation 9 du circuit de mise à l'air, par l'intermédiaire d'une boite de barbotage 17. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de l'invention en référence à la figure 2 et en distinguant plusieurs phases successives de remplissage. Pour remplir le réservoir 1, l'opérateur retire le bouchon 6 et introduit le carburant dans le réservoir 1 par la tubulure de remplissage 5, à l'aide du "pistolet" 18. La première phase correspond au début du remplissage, dans laquelle le réservoir 1 est vide, mais le siphon 3 du circuit de dégazage est rempli de carburant du fait d'un remplissage précédent. La partie inférieure 5b de la tubulure de remplissage 5 sert alors à la fois au remplissage du réservoir 1 et au retour de l'air entraîné par le pistolet vers le sommet de la tubulure. La deuxième phase correspond au noyage de la tubulure de remplissage 5, dans laquelle l'air comprimé dans le réservoir 1 ne peut plus s'échapper par le bas de la tubulure, ce qui provoque une élévation du niveau de liquide dans la boîte de barbotage 4 et dans la tubulure de remplissage 5, avec sensiblement la même hauteur. Au cours de ces deux premières phases, les tubes de forte section 12, 12 restent passifs car au moins l'un des deux tubes a été dénoyé lors d'une utilisation précédente. En fin de cette deuxième phase, l'air comprimé dans le réservoir 1 repousse le liquide du siphon 3 dans la boîte de barbotage 4 jusqu'à ce que le siphon soit complètement dénoyé. La troisième phase correspond à la fin du remplissage du réservoir 1, dans laquelle le carburant atteint l'orifice inférieur 2a du tube de dégazage 2 et les orifices inférieurs 12a des tubes de forte section 12 du circuit de mise à l'air, ce qui provoque le remplissage simultanément du tube de dégazage 2 et des tubes de forte section 12, puis des siphons 3 et 13 associés et enfin des boîtes de barbotage 4 et 14 associées, au fur et à mesure de la montée du niveau de carburant dans la tubulure de remplissage 5. Quand le niveau de carburant 16 dans le réservoir 1 atteint les orifices 2a et 12a précités, l'air comprimé dans le réservoir 1 ne peut plus s'écouler par le circuit de dégazage ni par le tube dénoyé de forte section 12, ce qui provoque une augmentation brutale de la pression de l'air dans le volume d'expansion lb. En fin de la troisième phase, la tubulure de remplissage 5, le circuit de dégazage 2, 3 et 4 et les tubes de forte section 12 ainsi que leur siphon 13 et leur boîte de barbotage 14 associées sont remplis de carburant avec sensiblement le même niveau de liquide. Le niveau de carburant dans la tubulure de remplissage 5 et dans les boîtes de barbotage 4 et 14 reste sensiblement le même pendant le remplissage du réservoir 1, si le remplissage s'effectue lentement. Lorsque le niveau de carburant atteint le sommet 5c de la tubulure de remplissage 5, la coupure du pistolet verseur 18 est automatiquement déclenchée. Le gaz du volume d'expansion lb surnageant le carburant dont la ligne de niveau dans le réservoir 1 est indiquée par le chiffre de référence 16, se trouve à la pression atmosphérique augmentée de la pression due à la hauteur de carburant dans la colonne de remplissage 5, le tube de dégazage 2 et les tubes de forte section 12. Toutefois, la vapeur s'échappe du volume d'expansion lb avec un débit très faible en raison de l'orifice calibré 7a du tube de mise à l'air 7 et le niveau de carburant dans la tubulure de remplissage 5 subit une baisse de façon si lente qu'elle est quasiment imperceptible pour l'opérateur qui ne poursuivra donc pas le remplissage complet de réservoir et ne noiera pas le volume d'expansion lb. L'opérateur remet alors en place le bouchon 6 sur l'orifice supérieur 5c de la tubulure de remplissage 5 et le réservoir de carburant 1 est prêt à servir. Après quelques minutes, la vapeur sous pression du volume d'expansion lb du réservoir 1 est évacuée par le tube de mise à l'air 7, ce qui provoque une baisse du niveau de carburant dans les boîtes de barbotage 4 et 14 jusqu'à environ la partie inférieure de ces boîtes. Si un échauffement du carburant dans le réservoir 1 intervient à ce moment, la vapeur produite s'échappe par le tube de mise à l'air 7 et la pression dans le réservoir 1 correspond à la perte de charge de l'ensemble du circuit de mise à l'air. Au cours de la consommation du carburant, le niveau de carburant 16 dans le réservoir 1 diminue jusqu'au moment où les orifices inférieurs 12a des tubes de forte section 12 et l'orifice inférieur 2a du tube de dégazage 2 ne sont plus en contact avec le carburant. Toutefois, le siphon 3 du tube de dégazage 2 et les siphons 13 des tubes de forte section 12 restent remplis de carburant en raison justement de la propriété du siphon. Lorsque la production de vapeur devient importante, celle-ci continue a s'échapper par l'orifice calibré 7a et le tube de mise à l'air 7, mais la pression monte peu à peu dans le réservoir 1 du fait de la perte de charge importante du tube de mise à l'air 7, la vapeur sous pression dans le réservoir 1 repoussant alors le carburant dans les siphons 13 vers la boîte de séparation 9. Lorsque la pression dans le réservoir 1 est sensiblement égale à deux fois la hauteur d'un siphon 13, l'un des deux tubes de forte section 12 est dénoyé et la vapeur s'échappe par le tube ainsi dénoyé vers la boîte de séparation 9. La pression dans le réservoir 1 baisse ainsi rapidement, ce qui permet à l'autre tube de forte section 12 non dénoyé de reconduire au réservoir 1 le carburant du premier tube de forte section 12 dénoyé, après son transfert au niveau de la partie inférieure de la boîte de séparation 9. Le niveau du carburant dans l'autre tube de forte section 12 non dénoyé correspond, en première approximation, à la perte de charge de la vapeur passant par le premier tube de forte section 12 dénoyé. Lorsque le véhicule automobile est en mouvement, les tubes de forte section 12 peuvent venir en contact avec le carburant dans le réservoir 1 et le tube dénoyé peut laisser passer alternativement du liquide et de la vapeur vers la boîte de séparation 9 dans laquelle s'opère la séparation de la vapeur et du liquide, ce dernier ne pouvant pas s'écouler par le tube dénoyé qui crache alternativement de la vapeur et du liquide, mais s'écoulant en retour vers le réservoir 1 en passant par l'autre tube encore noyé. Le dispositif de l'invention fonctionne mieux si le débit de vapeur passant par le tube de forte section dénoyé entraîne une chute de pression dans le réservoir 1 permettant le retour naturel du carburant au réservoir depuis la boîte de séparation 9 en passant par l'autre tube noyé de forte section 12. I1 est donc nécessaire de calculer la perte de charge dans les tubes de forte section 12 et donc de les dimensionner de sorte que le débit de vapeur passant par le tube de forte section dénoyé satisfasse les conditions d'utilisation les plus sévères. I1 est évident que la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation ci-dessus et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications. REVENDICATIONS 1. Dispositif de limitation de remplissage d'un réservoir de carburant (1), notamment pour véhicule automobile, du type comprenant - un circuit de dégazage comprenant un tube de dégazage (2, 12), un siphon (3, 13) et une boîte de barbotage (4, 17) reliant la partie supérieure du réservoir (1) à la partie supérieure (5a) d'une tubulure de remplissage (5) dont l'orifice inférieur (5b) débouche dans la partie inférieure du réservoir - un circuit de mise à l'air comprenant une boîte de séparation (9) reliant la partie supérieure du réservoir à l'extérieur ou un dispositif de récupération des vapeurs de carburant - l'orifice inférieur (2a, 12a) du tube de dégazage (2, 12) débouchant dans la partie supérieure du réservoir (1) à partir de la paroi supérieure (la) de celui-ci et à un dénivelé prédéterminé (d) de celle-ci, de manière à définir dans le réservoir (1) un volume d'expansion (lb) correspondant sensiblement à ce dénivelé, caractérisé en ce que le circuit de mise à l'air comprend deux tubes de forte section (12, 12), jointifs au moins à leur extrémité supérieure qui débouche dans la boîte de séparation précitée (9), chaque tube de forte section comprenant un siphon (13) et une boîte de barbotage (14, 17) et ayant son orifice inférieur (12a) qui débouche dans la partie supérieure du réservoir (1) sensiblement au même niveau que l'orifice inférieur du tube de dégazage, et un tube (7) de petite section par rapport aux tubes de forte section précités (12, 12), dont l'orifice inférieur (7a) débouche dans le réservoir au-dessus de l'orifice inférieur du tube de dégazage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tubes de forte section (12, 12) sont jointifs sur toute leur longueur et forment un tube double. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'orifice inférieur (7a) du tube de petite section (7) est situé au point le plus haut du réservoir (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice inférieur (7a) du tube de petite section (7) a un diamètre inférieur à environ 0,9 mm. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de petite section (7) a un diamètre de l'ordre de 2 mm. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre des tubes de forte section (12, 12) est de l'ordre de 5 mm ou plus. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de dégazage est formé par l'un des deux tubes de forte section précités (12, 12) du circuit de mise à l'air, la boîte de barbotage (17) du tube de dégazage communiquant à la fois avec la partie supérieure (5a) de la tubulure de remplissage (5) et avec la boite de séparation précitée (9). 8. Véhicule automobile équipé du dispositif de limitation de remplissage de réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes.