Brevet FR2819874A1 — publié le 20020726

--------------------------------------------------------------------------- CLAPET DE CONTRÔLE DE LA PRESSION GAZEUSE INTERNE D'UN RÉSERVOIR La, ; présente invention a trait à un clapet de contrôle de la pression gazeuse interne d'un réservoir de liquide, destiné à coopérer avec un orifice pratiqué dans la partie supérieure de celui-ci, et autorisant un écoulement gazeux vers le réservoir lorsque la pression interne y est inférieure à la pression externe. Ce type de clapet, dans sa relation avec l'orifice du réservoir, doit également permettre un écoulement du gaz de l'intérieur vers l'extérieur lorsque la différence entre la pression interne et la pression externe atteint un seuil prédéterminé. Selon une application préférentielle, ces clapets peuvent être utilisés avec les réservoirs de carburant de véhicules automobiles, notamment couplés à des valves anti-retournement. Les réservoirs de carburants génèrent une quantité importante de vapeur d'essence à peu près quelle que soit leur phase de fonctionnement : au remplissage, en cours de fonctionnement du moteur, à l'arrêt de celui-ci dans des conditions de température élevée, etc. La gestion de ces vapeurs d'essence est en général réalisée à l'aide de plusieurs clapets de ventilation spécifiques (valves de retournement, équipées ou non de dispositifs de type bille empêchant le sur-remplissage qui peuvent sinon être intégrés à un clapet séparé, valve de purge des vapeurs pendant le remplissage du réservoir, etc. ). Les vapeurs qui sont collectées par cette clapetterie sont dirigées vers un filtre à charbon actif chargé de les stocker, et de les purger ensuite régulièrement vers le collecteur d'admission du moteur, sur ordre du calculateur intégré au véhicule qui gère le fonctionnement du moteur. Il est par ailleurs souvent nécessaire d'autoriser la circulation de vapeur depuis l'atmosphère vers le réservoir, notamment dans certaines conditions de température qui génèrent une dépression du réservoir par rapport à la pression ambiante. Il en est par exemple ainsi lorsque l'essence est encore chaude et que le véhicule passe dans une ambiance thermique froide. Il faut alors limiter la dépression du réservoir résultant de ce refroidissement. Dans les systèmes actuels, comme indiqué ci-dessus, la gestion des vapeurs d'essence est en général réalisée à l'aide de plusieurs clapets de ventilation distincts qui sont intégrés en partie haute du réservoir d'essence, et permettent la collecte desdites vapeurs via le filtre à charbon actif lorsque le niveau d'essence n'atteint pas le seuil de fermeture de ces clapets. Entre ces clapets et ledit filtre, se trouve de plus dans certaines configurations un type spécifique de clapet qui est monté en série, le clapet de contrôle de pression r du réservoir, qui est constitué d'un boîtier étanche, muni d'une ou plusieurs connectiques pneumatiques d'entrée (selon le nombre de clapets de ventilation en amont) et d'une connectique de sortie vers le filtre à charbon actif. Ce clapet de contrôle n'existe cependant pas dans toutes les configurations, et notamment pas lorsque la valve anti-retournement est munie d'un dispositif empêchant le sur-remplissage de type bille et couplée à un clapet de limitation de niveau de remplissage de réservoir. Ce clapet a une double fonction. En premier lieu, dans le cas d'un écart de pression positif entre le réservoir et l'atmosphère, il garantit la purge des vapeurs par ouverture d'un passage au-dessus d'un seuil de pression prédéfini. Ce seuil de pression d'ouverture n'est cependant jamais atteint pendant le remplissage, au cours duquel les vapeurs sont collectées par exemple par un circuit spécifique de purge des vapeurs disposé parallèlement au réservoir, via une canalisation coaxiale au tube de remplissage, débouchant dans l'atmosphère. Dans le système américain, cette canalisation coaxiale n'existe pas, et elle est remplacée par une valve de purge des vapeurs en direction du filtre à charbon actif. Dans les deux cas, la limitation du remplissage du réservoir et la gestion des vapeurs au moment du remplissage ne sont régies que par le système parallèle qui est prévu à cet effet. En second lieu, ces clapets de contrôle de la pression du réservoir disposés entre la clapetterie traditionnelle et le filtre à charbon actif doivent permettre un débit de vapeur inverse, c'est-à-dire allant de l'atmosphère vers le réservoir. C'est parfois nécessaire en cours de fonctionnement du moteur, mais plus généralement à l'arrêt, lors du refroidissement rapide de l'essence du réservoir. La dépression qui résulte de ce refroidissement rapide doit pouvoir être limitée par un débit de vapeur allant de l'atmosphère vers le réservoir. Le clapet est donc à cet effet muni d'une fonction de débit retour. L'inconvénient de cette solution classique réside principalement dans la multiplication du nombre de valves ou clapets distincts, et par conséquent du nombre de connexions spécifiques. La multiplication des points de connexion augmente ensuite les risques de perméabilité par rapport aux normes antipollution sur les émissions de vapeurs d'essence. En outre, on multiplie les risques de problèmes au montage, et l'encombrement de la pluralité des valves utilisées n'est pas négligeable et constitue un inconvénient supplémentaire. L'ensemble des conduits, connexions, etc. présente de plus l'inconvénient d'être sensible aux fluctuations thermiques et aux attaques chimiques du carburant, ce qui conduit à diminuer la fiabilité générale du système de collecte et d'échange des vapeurs entre le réservoir et l'extérieur. La présente invention remédie à l'ensemble de ces inconvénients. Elle concerne comme indiqué auparavant, et de manière très générale, un clapet de contrôle de la pression gazeuse interne de réservoirs de liquide coopérant avec un orifice pratiqué dans la partie supérieure de celui-ci, autorisant un écoulement gazeux vers l'extérieur du réservoir lorsque la différence entre la pression interne et la pression externe atteint un seuil prédéterminé, et un écoulement inversé lorsque la pression interne au réservoir est inférieure à la pression externe Elle se caractérise à titre principal en ce que ledit clapet comporte un corps dont la partie inférieure est configurée pour obturer l'orifice du réservoir, d'une masse telle qu'au-delà de ladite valeur différentielle de pression constituant le seuil précité, le corps s'écarte de l'orifice, ledit corps comportant de plus un évidement traversant disposé dans la continuité de l'orifice lorsqu'ils sont en contact, ledit évidement étant à son tour muni de moyens d'obturations activables lorsque la pression différentielle entre le réservoir et l'atmosphère est positive. Cette configuration est très compacte, et elle permet d'obtenir un schéma de pression qui est tel que, lorsque le réservoir est en dépression, le fluide peut librement passer depuis l'extérieur, alors qu'il y a blocage du passage dès lors que les pressions s'égalisent, jusqu'à atteindre un seuil de suspension prédéterminé, qui permet alors l'écoulement du fluide depuis le réservoir en surpression vers l'extérieur. Selon une configuration préférentielle, qui sera vue plus en détail dans la suite, un tel clapet peut être intégré, sous forme modulaire, dans une valve anti-retournement. Dans ce cas, le clapet de l'invention présente au surplus l'avantage de ne nécessiter aucune connectique spécifique, ce qui représente un gain en simplicité de montage et en encombrement. Cette absence de connectique externe se traduit également par un gain en termes de perméabilité par rapport aux normes antipollution précitées. Cette solution se révèle également économique, car les composants requis, de petite taille, ne présentent pas de difficulté particulière de construction. Enfin, comme on le verra également plus en détail dans la suite, les matériaux utilisés sont peu sensibles aux fluctuations thermiques et aux attaques chimiques du carburant. Ils sont choisis pour présenter une stabilité et une précision dimensionnelle garantissant une tenue des caractéristiques fonctionnelles dans la durée. Le clapet de l'invention offre par conséquent une grande stabilité, et une fiabilité élevée. De préférence, les moyens d'obturation du corps du clapet sont constitués d'un organe mobile libre en translation avec un jeu radial dans une portion centrale de l'évidement traversant, et pouvant coopérer avec un siège disposé r en partie supérieure de ladite portion pour obturer la partie supérieure de : l'évidement, ledit organe pouvant de plus reposer en partie inférieure de la portion centrale sur une butée inférieure, sans obturer au moins un conduit formant la partie inférieure de l'évidement traversant, l'organe mobile étant d'une masse et l'évidement traversant ayant une configuration telles que lorsque la pression interne du réservoir dépasse la pression externe, il est repoussé contre le siège supérieur. Le mécanisme de l'invention est à double détente : lorsque la pression différentielle entre le réservoir et l'extérieur devient positive, la force exercée sur le corps principal n'est pas suffisante pour l'écarter de l'orifice pratiqué dans la paroi supérieure dudit réservoir. Elle est toutefois assez importante pour créer des conditions permettant de repousser l'organe mobile vers le haut, et obstruer ainsi l'évidement pratiqué dans ledit corps, lorsque ledit organe vient au contact de son siège supérieur. Au-delà d'un certain seuil de différence de pression, la force exercée sur le corps du clapet de l'invention est suffisante pour écarter celui-ci de l'orifice, le fluide s'écoulant alors librement. Il est à noter qu'outre la surpression, les configurations respectives de l'orifice, du siège qui l'entoure et de la partie basse du clapet jouent un rôle dans l'équilibrage des forces. De préférence encore, l'organe libre en translation dans l'évidement est constitué d'une bille pouvant se déplacer dans une portion centrale d'allure cylindrique de l'évidement traversant. Selon une possibilité, cette bille est en verre et de surface polie, ce matériau offrant une densité compatible avec le comportement recherché pour la bille dès lors que la pression différentielle entre le réservoir et l'extérieur devient positive. Plus précisément, le corps du clapet de l'invention est d'allure cylindrique avec une extrémité inférieure sensiblement hémisphérique, l'évidement traversant étant pratiqué dans la direction axiale dudit corps. Cette forme permet une grande standardisation, et elle autorise de plus une adaptabilité optimale aux besoins du véhicule, car la pression d'ouverture du clapet peut être modifiée en ajustant le diamètre du siège du corps du clapet au niveau de l'orifice pratiqué dans la paroi supérieure du réservoir, sans qu'il soit nécessaire de modifier dimensionnellement le clapet proprement dit. Pour des raisons liées à la fabrication, la butée inférieure sur laquelle repose la bille et le ou les conduits formant la partie inférieure de l'évidement traversant sont réalisés sur une pièce distincte fixée de façon étanche au corps du clapet. Selon une possibilité, cette pièce peut être enchâssée à force dans le corps principal, avec une tolérance qui conduit à une étanchéité suffisante. Le guidage de la bille dans l'évidement central du corps devra bien entendu être très stable dimensionnellement, et le matériau dans lequel ce corps est réalisé sera de préférence du laiton usiné. La pièce inférieure est quant à elle de préférence fabriquée en plastique moulé, ledit plastique étant choisi de telle sorte qu'il ne soit dimensionnellement pas affecté par les vapeurs et/ou le liquide. Il doit en effet conserver ses caractéristiques dimensionnelles, et ne pas gonfler, par exemple, sous l'effet du fluide. L'invention concerne de plus une application particulière du clapet de contrôle ci-dessus, à un réservoir dont l'orifice est muni, sur la surface extérieure du réservoir, de moyens de guidage en translation du corps du clapet. Dans ce cas, lorsque la pression entre l'intérieur du réservoir et l'extérieur atteint ledit seuil prédéterminé, le clapet s'écarte de manière rectiligne selon l'axe dudit orifice, guidé en translation vers l'extérieur de la paroi. Plus précisément encore, ce clapet pourra être intégré, comme mentionné auparavant, à une valve anti-retournement disposée dans la paroi supérieure d'un réservoir et dont le corps comporte en sortie extérieure de l'orifice de liaison avec le volume interne du réservoir des moyens de guidage en translation du clapet. Cette configuration fera l'objet d'une explication détaillée dans la suite de la description. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - ! a figure 1 est une vue en coupe d'une configuration possible du clapet de contrôle de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon la présente invention ; - la figure 2 représente une vue en coupe de l'intégration dudit clapet à une valve anti-retournement ; - les figures 3a à 3c montrent, toujours en section, un détail agrandi du fonctionnement combiné du clapet de l'invention sur son siège dans la valve anti-retournement ; et - la figure 4 montre la courbe du débit en fonction de la différence des pressions dans les trois cas illustrés aux figures précédentes. En référence à la figure 1, le clapet (C) de contrôle de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon l'invention se compose à titre principal d'un corps (1), par exemple en laiton usiné, et d'une pièce inférieure (2) qui sert notamment de siège à une bille (3), de préférence en verre. La coopération de ces trois éléments permet d'aboutir à une configuration compacte, dotée d'un évidement ou conduit intérieur (4) axial traversant, permettant dans certaines conditions le passage d'un fluide. r Ainsi, lorsque la bille est dans la position qui est représentée en figure 1, en contact avec une butée inférieure (5) sur lequel elle repose, il y a possibilité d'un écoulement gazeux du fait des dimensions respectives de l'évidement (4) et de la bille (3), permettant un jeu radial. En d'autres termes, cette dernière présente un diamètre extérieur qui est inférieur au diamètre de la portion centrale cylindrique de l'évidement (4), pour générer une perte de charge en fonctionnement permettant le déplacement de la bille (3) et l'obturation du siège (6). Dès lors que la bille (3) est repoussée vers le haut, en contact avec le siège supérieur (6), l'écoulement de tout fluide est stoppé du fait du contact circulaire entre la bille (3) et ledit siège supérieur (6). La pièce inférieure (2) qui sert donc de butée (5) pour la bille (3), vient ellemême au contact d'un siège (12) (voir figures suivantes) pratiqué au niveau de l'orifice supérieur (10) d'un réservoir (non représenté), et elle est enchâssée de manière étanche dans le corps (1) du clapet (C). La figure 2 montre ledit clapet (C) intégré à une valve anti-retournement (V) composée essentiellement d'un corps principal (7) fixé à et traversant perpendiculairement la paroi supérieure du réservoir de carburant, et d'un capuchon (8) notamment muni des conduits et inserts permettant la connexion à des tubulures d'admission/échappement vers d'autres composants du circuit Sans entrer dans les détails, qui ne concernent pas directement l'invention objet de ce texte, le corps (7) de la valve (V) anti-retournement comporte un flotteur (9) permettant de boucher l'orifice (10) en cas de retournement du véhicule ou lorsque le niveau de remplissage du réservoir le porte au contact dudit orifice (10). Le corps (1) du clapet (C) est disposé entre des parois (11) de guidage en translation permettant un déplacement axial du clapet (C), limité en partie inférieure par le siège (12) disposé au niveau supérieur de l'orifice (10), et en partie supérieure par la paroi supérieure (13) du capuchon (8). Comme cela apparaît sur cette figure, les parois de guidage verticales (11) ne sont pas pleines, mais présentent au contraire des évidements permettant au fluide de passer dans certaines conditions. Le détail agrandi des positions relatives du siège (12) disposé en partie supérieure du corps (7) de la valve anti-retournement et des moyens de guidage (11) du clapet (C) de l'invention apparaissent en figures 3a à 3c. La figure 3a représente le cas où la pression interne du réservoir est inférieure à la pression externe. En d'autres termes, il y a une dépression qui s'est créée à l'intérieur du réservoir. Dans ce cas, la bille (3) reposant sur la butée (5) de la pièce inférieure (2) du clapet (C), de l'air provenant de l'extérieur s'écoule du fait de l'existence du jeu entre la bille (3) et la portion centrale de l'évidement (4). Le sens d'écoulement du fluide est montré par les flèches (F, F'). Cet écoulement est possible car les conduits pratiqués dans la pièce inférieure (2) ne sont pas obstrués. Dans la représentation de la figure 3b, la pression à l'intérieur du réservoir devient égale ou légèrement supérieure à la pression externe. Dans ce cas-là, une force s'exerce sur la bille (3) qui est repoussée contre le siège supérieur (6) du corps principal (1), notamment du fait de la perte de charge créée entre les parois de l'évidement (4) et la bille (3) qui génère une aspiration de cette dernière. Cette force n'étant pas suffisante pour écarter le clapet (C) du siège inférieur (12), aucun écoulement gazeux ne peut plus se produire. Le débit gazeux est par conséquent nul. Dans cette situation, le différentiel de pression est inférieur à la pression seuil qui est en revanche atteinte dans la figure 3c. Dans ce cas, la force qui s'exerce sur le clapet (C) est suffisante pour l'écarter du siège (12), et un fluide peut s'écouler en sens inverse de celui qui s'écoule dans la figure 3a, cette fois de l'intérieur du réservoir vers l'extérieur. Le réservoir est en surpression gazeuse. Les flèches F et F'sont orientées en sens inverse de celles de la figure 3a. Dans les figures 3a et 3b, le corps (1) du clapet (C) est immobile dans les moyens de guidage (11). Lorsque la pression interne du réservoir continue d'augmenter, il existe une valeur seuil à partir de laquelle le clapet (C) décolle de son siège (12) et permet donc un écoulement positif à travers l'orifice (10). Cette pression est bien entendu dépendante de la masse du clapet, et du diamètre de son siège dans le corps (7) de la valve (V). Les moyens de guidage (11) assurent dans ce cas un guidage purement axial du corps (1) du clapet (C). La valeur du seuil au-delà duquel le clapet (C) décolle du siège (12) est référencée Pa dans la figure 4, qui illustre le diagramme débit/différence des pressions. Dans l'exemple particulier qui est représenté, le débit devient positif à partir de 3 kPa, valeur seuil Pa. Les avantages du clapet (C) de l'invention ont déjà été mentionnés, mais 1 est aisé de comprendre à la lumière de la description détaillée ci-dessus que cette solution permet d'aboutir à un encombrement réduit, à l'aide d'un mécanisme qui ne nécessite que trois pièces, et qui peut être installé modulairement dans une valve anti-retournement. On groupe donc les fonctions réalisées jusqu'ici par des valves qui sont dissociées, qui assurent d'une part les fonctions d'anti-retournement, voire empêchant le sur-remplissage, et les fonctions traditionnelles d'équilibrage des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir. La solution décrite ci-dessus n'est cependant qu'un exemple non limitatif de l'invention, qui recouvre au contraire toutes les variantes de formes et de configurations qui sont à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir de liquide coopérant avec un orifice (10) pratiqué dans la partie supérieure de celui-ci, autorisant un écoulement gazeux vers l'extérieur du réservoir lorsque la différence entre la pression interne et la pression externe atteint un seuil prédéterminé, et un écoulement inversé lorsque la pression interne au réservoir est inférieure à la pression externe, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (1) dont la partie inférieure est configurée pour obturer l'orifice (10) du réservoir, d'une masse telle qu'au-delà de ladite valeur différentielle de pression constituant le seuil prédéterminé, le corps (1) s'écarte de l'orifice (10), ledit corps (1) comportant de plus un évidement (4) traversant disposé dans la continuité de l'orifice (10) du réservoir lorsqu'ils sont en contact, ledit évidement (4) étant muni de moyens d'obturations (3) activables lorsque la pression différentielle entre le réservoir et l'atmosphère est positive. 2. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'obturation du corps (1) du clapet (C) sont constitués d'un organe mobile (3) libre en translation avec un jeu radial dans une portion centrale de l'évidement (4) traversant, et pouvant coopérer avec un siège (6) disposé en partie supérieure de ladite portion pour obturer la partie supérieure de l'évidement (4), ledit organe mobile (3) pouvant reposer en partie inférieure de ladite portion centrale sur une butée (5) inférieure, sans obturer au moins un conduit formant la partie inférieure de l'évidement (4) traversant, l'organe mobile (3) étant d'une masse et la configuration de la portion centrale de l'évidement (4) ayant une configuration telles que lorsque la pression interne du réservoir dépasse la pression externe, il est repoussé contre le siège (6) supérieur. 3. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit organe est constitué d'une bille (3) pouvant se déplacer dans une portion centrale d'allure cylindrique de l'évidement (4) traversant. 4. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bille (3) est en verre et de surface polie. 5. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (1) est d'allure cylindrique avec une extrémité inférieure sensiblement hémisphérique, l'évidement (4) traversant étant pratiqué dans la direction axiale dudit corps (1). 6. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la butée (5) inférieure et le ou les conduits formant la partie inférieure de l'évidement traversant sont réalisés sur une pièce (2) distincte fixée de façon étanche au corps (1) du clapet (C). 7. Clapet de contrôle (C) de la pression gazeuse interne d'un réservoir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (1) est en laiton usiné, alors que la pièce (2) comportant la butée (5) inférieure est en plastique moulé. 8. Application du clapet de contrôle (C) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 à un réservoir dont l'orifice (10) est muni, sur la surface extérieure du réservoir, de moyens de guidage (11) en translation du corps (1) du clapet (C). 9. Application du clapet de contrôle (C) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 à une valve anti-retournement disposée dans la paroi supérieure d'un réservoir et dont le corps (7) comporte en sortie extérieure de l'orifice (10) de liaison avec le volume interne du réservoir des moyens de guidage (11) en translation du clapet (C). 10. Application du clapet de contrôle (C) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le réservoir est un réservoir de carburant pour véhicule à moteur thermique.