Brevet FR2870170A1 — publié le 20051118

Système à carburant L'invention se rapporte à l'alimentation des moteurs à combustion interne avec des carburants liquides. Elle concerne plus spécialement un système à carburant destiné à de tels moteurs, ce système à carburant pouvant être indifféremment pour moteurs alimentés avec des carburants liquides volatils ou pour moteurs alimentés avec des carburants liquides lourds tels que ceux parfois appelés, selon les pays et les régions, par les vocables diesel ou gasoil routier ou gazole. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'un tel système. Dans les véhicules thermiques, en particulier dans les véhicules automobiles, le système à carburant ( fuel system ) inclut à l'heure actuelle, outre le réservoir assurant le stockage du carburant, un certain nombre d'accessoires. Parmi ces accessoires, on trouve entre autres les canalisations d'alimentation en carburant, les clapets de mise à l'air, les canisters à charbon actif pour l'absorption des vapeurs, les filtres, les pompes, les jauges, les régulateurs de pression et les tubulures de remplissage. Toutefois, le montage de ces accessoires dans le corps du réservoir reste une opération délicate, qui est souvent réalisée en ligne avec la fabrication des réservoirs à carburant ce qui implique le stockage et le transport d'un ensemble volumineux vers les lignes de montage des fabricants automobiles. En outre, la complexité croissante de la géométrie des tubulures de remplissage est telle que ces pièces sont souvent réalisées séparément et non pas d'une pièce avec le réservoir, ce qui implique une deuxième opération de montage. La présente invention a dès lors pour objet de fournir un système à carburant ayant une architecture améliorée, permettant de gagner au moins une opération de montage. Selon certains aspects, la présente invention permet également de réduire le volume des pièces à transporter vers la ligne de montage du dispositif auquel le système est destiné (véhicule automobile par exemple). A cet effet, la présente invention concerne un système à carburant destiné à un moteur thermique et comprenant un réservoir à carburant, une tubulure de remplissage du réservoir et un système de ventilation comprenant un séparateur liquide/vapeur et canister, le séparateur liquide/vapeur et le canister étant intégrés à la tubulure de remplissage du réservoir. Cette manière de procéder permet de réaliser au préalable l'assemblage de la tubulure de remplissage avec le séparateur liquide/vapeur et le canister, et de venir fixer ensuite l'ensemble sur le réservoir à carburant, supprimant par là une étape de montage. Le système à carburant selon l'invention convient indifféremment pour des moteurs thermiques alimentés avec des carburants liquides volatils ou pour des moteurs alimentés avec des carburants liquides lourds tels que susmentionnés. Dans le présent mémoire, le système à carburant est un assemblage d'éléments qui sont destinés à être incorporés à un véhicule automoteur ou à une installation motrice fixe. Le véhicule automoteur peut être un véhicule automobile (voiture, camion, motocyclette, bateau fluvial, navire maritime ou aéroplane par exemple) ou un véhicule assujetti à une voie de circulation (par exemple une motrice de chemin de fer). L'installation motrice fixe peut par exemple comprendre le moteur d'un groupe électrogène ou le moteur d'une machine-outil. On entend désigner par carburant un hydrocarbure convenant pour l'alimentation des moteurs à combustion interne. L'expression hydrocarbure liquide désigne un hydrocarbure qui, dans les conditions normales d'utilisation. du moteur, se trouve à l'état liquide dans le réservoir à carburant du système à carburant. L'expression hydrocarbure liquide volatil désigne un hydrocarbure liquide (selon la définition susdite) qui présente une tension de vapeur saturante supérieure à 1 bar à 293 K (20 C). Des hydrocarbures liquides volatils communément utilisés pour l'alimentation des moteurs thermiques des véhicules automobiles sont ceux vendus dans le commerce sous la dénomination essence et destinés aux moteurs thermiques à allumage initié, dits à explosion . L'expression hydrocarbure liquide lourd désigne un hydrocarbure liquide qui présente une tension de vapeur saturante inférieure à 1 bar à 293 K (20 C). Des hydrocarbures liquides lourds communément utilisés pour l'alimentation des moteurs thermiques des véhicules automobiles sont ceux vendus dans le commerce sous les dénominations gasoil ou gazole et destinés aux moteurs thermiques à allumage spontané, fonctionnant selon le cycle diesel. Selon l'invention, les éléments du système à carburant sont en une matière compatible avec chacun des hydrocarbures liquides qu'il est susceptible de traiter. Cette matière doit être inerte chimiquement à la fois vis-à-vis des hydrocarbures liquides volatils et des hydrocarbures liquides lourds aux pressions et aux températures habituelles d'utilisation. Elle peut être une matière plastique ou un métal. Les éléments du système selon l'invention peuvent également être mixtes, c.à.d. comprendre des pièces en métal et des pièces en matière plastique. Les matières thermoplastiques donnent de bons résultats dans le cadre de l'invention, notamment en raison des avantages de poids, de résistance mécanique et chimique et de mise en oeuvre facilitée, en particulier lorsque les éléments du système présentent des formes complexes. Par matière thermoplastique, on désigne tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges. On désigne par le terme "polymère" aussi bien les homopolymères que les copolymères (binaires ou ternaires notamment). Des exemples de tels copolymères sont, de manière non limitative: les copolymères à distribution aléatoire, les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Tout type de polymère ou de copolymère thermoplastique dont la température de fusion est inférieure à la température de décomposition conviennent. Les matières thermoplastiques de synthèse qui présentent une plage de fusion étalée sur au moins 10 degrés Celsius conviennent particulièrement bien. Comme exemple de telles matières, on trouve celles qui présentent une polydispersion de leur masse moléculaire. En particulier, on peut utiliser des polyoléfines, des polyhalogénures de vinyle, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un mélange de polymères ou de copolymères peut aussi être utilisé, de même qu'un mélange de matières polymériques avec des charges inorganiques, organiques et/ou naturelles comme, par exemple, mais non limitativement: le carbone, les sels et autres dérivés inorganiques, les fibres naturelles, les fibres de verre et les fibres polymériques. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées et solidaires comprenant au moins un des polymères ou copolymères décrits supra. Les polyhalogénures de vinyle et les polyoléfines sont généralement préférés. Un polymère souvent employé est le polyéthylène. D'excellents résultats ont été obtenus avec du polyéthylène haute densité (HDPE ou High Density Poly-Ethylene). De manière connue, l'imperméabilité de cette matière plastique aux hydrocarbures volatils peut être améliorée par traitement de surface (fluoration, sulfonation...) et/ou par le recours à une couche barrière (par exemple à base de polyamide (PA) ou d'un polymère de l'alcool vinylique [homopolymère (PVOH) ou copolymère éthylène-alcool vinylique (EVOH)]. De manière préférée, au moins le réservoir et la tubulure de remplissage du système selon l'invention sont en matière thermoplastique et de préférence, comprennent du HDPE. De manière tout particulièrement préférée, le réservoir et la tubulure de remplissage sont des structures multicouches incluant au moins une couche à base de HDPE et au moins une couche à base d'EVOH (les termes à base de signifiant principalement constituée de , étant entendu que ces couches peuvent comprendre d'autres polymères et/ou additifs en quantité minoritaire (en poids). La pompe du système à carburant selon l'invention peut également comprendre un boîtier en matière plastique (HDPE). Selon l'invention, le séparateur liquide/vapeur et le canister sont intégrés à la tubulure de remplissage, et de préférence, soit réalisés d'une pièce avec celle-ci (par exemple par extrusion-soufflage), soit fixés à l'intérieur de celle-ci et ce par tout moyen appropriée (soudure, collage, clipsage dans une embase, rivetage...), de préférence par clipsage. Selon une variante préférée de la présente invention, la tubulure de remplissage comprend un goulot de remplissage et une, ces deux pièces délimitant la partie interne de la tubulure. Selon l'invention, la tubulure peut également comprendre une partie externe c.à.d. au moins une pièce rapportée sur (c.à.d. fixée à ou réalisée d'une pièce avec) le goulot et/ou l'embase'et délimitant un volume externe par rapport à ceuxci. De manière tout particulièrement préférée, le séparateur liquide vapeur et le canister sont intégrés à (et de préférence, fixés dans ou réalisés d'une pièce avec) ce volume externe. Les parties interne et externe (le cas échéant) peuvent soit être moulées d'une pièce, soit être moulées séparément et pré-assemblées avant le montage de l'ensemble sur le réservoir. De même, le goulot de remplissage et l'embase de la tubulure peuvent être moulés d'une pièce ou séparément et assemblés avant montage sur le réservoir. L'idée (le concept) à la base de la présente invention peut s'étendre à l'intégration d'autres accessoires dans la tubulure de remplissage. Plus particulièrement, la tubulure peut également intégrer au moins un autre élément du circuit de ventilation (reliant le haut du réservoir au canister) et/ou du circuit de dégazage (reliant le haut du réservoir au haut de la tubulure de remplissage) tel qu'une vanne par exemple. Cet élément est de préférence intégré dans la partie externe de la tubulure. Cette intégration peut se faire soit par intégration directe dans la tubulure comme décrit précédemment, soit par fixation à, dans ou sur un élément déjà intégré à celle-ci. Ainsi, avantageusement, le système de ventilation peut comprendre une vanne assurant une fonction ROV (Roll Over Valve, qui se ferme en cas de retournement) et/ou OPV (Overfilling Prevention Valve, vanne assurant la fonction d'interdiction de surremplissage). Dans ce cas, de manière tout particulièrement préférée, la tubulure de remplissage est munie d'un obturateur capless (sans bouchon, avec ouverture automatique), de préférence actionné par un actuateur qui permet également de commander la vanne. Le concept de l'invention peut également s'étendre à une pompe d'alimentation du moteur en carburant et/ou à un filtre à carburant et/ou à un régulateur de pression et/ou à un système de jaugeage. Plus particulièrement, selon une variante de l'invention, on peut utiliser comme pompe, un module pompe/filtre intégré; alternativement, on peut utiliser deux éléments séparés assemblés avant, après ou lors de leur fixation à la tubulure. La tubulure de remplissage intègre aussi avantageusement un régulateur de 15 pression permettant d'alimenter le moteur avec du carburant à une pression voulue Le concept peut également s'étendre à un système de jaugeage du carburant contenu dans le réservoir soit via un module intégré, soit via un système de jaugeage séparé. Ainsi par exemple, on peut utiliser comme pompe, un module pompe/jauge intégré tels que ceux couramment utilisés dans le domaine de l'automobile et où le système de jaugeage comprend un bras et un flotteur. Toutefois, étant donné les imprécisions généralement liées à ce type de jaugeage, on préférera utiliser un système de jaugeage séparé, basé sur un autre principe. Des systèmes de jaugeage par pesée ou basés sur des méthodes inductives ou par effet Hall donnent de bons résultats. Aussi, selon une variante préférée de la présente invention, un système de jaugeage basé sur une pesée, un effet inductif ou un effet Hall est relié à la pompe. En particulier, le système de jaugeage inductif appelé SENSOPAD donne de bons résultats. La présente invention concerne également un procédé pour la fabrication 30 d'un système à carburant tel que décrit ci-dessus. Ce procédé comprend les étapes suivantes: 1. fabrication d'un réservoir à carburant; 2. fabrication d'une tubulure de remplissage pour ledit réservoir; 3. fixation du séparateur liquide/vapeur et du canister à ladite tubulure; 4. assemblage du réservoir à carburant et de l'ensemble tubulure/ séparateur / canister. Dans ce procédé, l'étape 4 est effectivement la dernière et l'étape 2 doit être réalisée avant l'étape 3. Par contre, l'étape 1 et les étapes 2 et 3 peuvent être interverties ou même être confondues (cas où la tubulure, le séparateur et le canister sont réalisés d'une seule pièce, en même temps). En fait, ainsi qu'évoqué précédemment, un des buts de la présente invention est de permettre la réalisation des tubulures de remplissage dans des unités de production spécialisées alors que le soufflage des réservoirs et l'assemblage des deux parties se ferait dans des unités proches des lignes des clients (constructeurs automobiles). Ce qui est par conséquent avantageux est de pouvoir monter une tubulure de remplissage intégrant un maximum d'accessoires sur un réservoir. La fabrication du réservoir et de la tubulure est avantageusement réalisée par moulage et dans le cas où ces pièces sont à base de matière thermoplastique, elles sont avantageusement réalisées par moulage par extrusion/soufflage. Ainsi, selon une variante préférée, au moins le réservoir et la tubulure de remplissage sont réalisées par extrusion/soufflage et en particulier, par coextrusion- soufflage (dans la variante préférée décrite précédemment selon laquelle réservoir et tubulure sont des structures multicouches). Cette technique, par ailleurs bien connue de l'homme du métier, consiste à extruder une paraison multicouche et à mouler celle-ci par soufflage. A noter que lorsqu'une embase est présente, celle- ci est avantageusement réalisée par injection. La fixation du séparateur liquide/vapeur et du canister à la tubulure, et la fixation de la tubulure au réservoir peuvent avoir lieu par tout moyen connu. Les moyens de fixation du séparateur liquide/vapeur et du canister à la tubulure ont été décrits précédemment. Ces mêmes moyens peuvent s'appliquer à la fixation des autres accessoires décrits précédemment à la tubulure (dans sa partie interne ou externe). Quant à la fixation de l'ensemble sur le réservoir, celle-ci peut également avoir lieu de diverses manières (soudure, collage, fixation mécanique (bride, collier de serrage, rivets, boulons...). Cet assemblage est bien entendu réalisé de manière étanche et ce éventuellement moyennant le recours à des joints ou autres dispositifs d'étanchéité. De préférence, l'assemblage se fait par soudure thermique ou par liaison mécanique à l'aide de vis, boulons, d'une bague, d'un système à baïonnette... La présente invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 à 3 qui constituent les schémas de principe de certaines variantes préférées de 35 la présente invention. Les figures 1 et 2 illustrent deux architectures particulières pouvant convenir pour le marché européen et la figure 3 illustre une variante convenant mieux pour le marché nord américain. Sur ces figures, des numéros identiques désignent des composants/accessoires identiques. La figure 1 illustre un système à carburant comprenant un réservoir à carburant (1), une tubulure de remplissage (2) (qui apparaît en gras sur la figure et qui comprend un goulot de remplissage (2'), une enveloppe externe (2") et une embase (4), ces pièces étant moulées séparément (la tubulure étant soufflée d'une seule pièce et l'embase, injectée) puis assemblées), et une pompe (3). L'embase (4) délimite un volume creux (4') dans le prolongement du goulot (2'), à l'intérieur duquel la pompe (3) a été insérée et fixée. Cette pompe (3) est reliée à un régulateur de pression (6) via un filtre (5), régulateur (6) et filtre (5) étant également insérés et fixés à l'embase (4) par clipage, le filtre étant par ailleurs soudé à la pompe (3). Cette dernière repose sur une mousse (7) qui joue le rôle de préfiltre et de piège à carburant. Une jauge à carburant (8) comprenant un bras et un flotteur est également fixée à l'embase (4) et insérée dans le réservoir à carburant (1), en même temps que l'embase (4), lors du montage de la tubulure (2) sur le réservoir (1). Un dispositif (clapet) de contrôle du remplissage (9) est fixé en bout du goulot de remplissage (2'). Ce clapet (9) est actionné par un bras et un flotteur (10). Les accessoires précités, qui sont destinés à l'alimentation du moteur en carburant et/ou au contrôle du niveau de carburant dans le réservoir, sont donc intégrés dans la partie interne (2') de la tubulure de remplissage (2). Cette tubulure (2) comprend également une partie externe (2") qui comprend quand à elle des éléments du circuit de ventilation et de dégazage, à savoir: - un canister (12) destiné à adsorber les vapeurs de carburant en fonctionnement normal et durant le remplissage du réservoir (1); - deux séparateurs liquide/vapeur (11, 11') destinés respectivement au circuit de ventilation (reliant le haut du réservoir (1) et le canister (12)) et au circuit de dégazage (reliant le haut du réservoir (1) et le haut du goulot de remplissage (2')); - une vanne (13) située entre le séparateur liquide-vapeur (L/V) (11) et le canister (12) qui se ferme en cas de retournement (vanne ROV (ou Roll- Over Valve) dans le vocabulaire de l'homme du métier) ; cette vanne peut en outre assurer également la fonction d'interdiction de surremplissage (et jouer le rôle de vanne OPV ou Overfilling Prevention Valve) dans le cas où le système à carburant ne serait pas muni du dispositif clapet (9) et flotteur (10) susmentionné; une ligne (14) reliant le séparateur UV de la ligne de dégazage (11') et le haut du goulot de remplissage (2'). Enfin, la tubulure de remplissage (2) est munie d'un obturateur (15) dit capless , c.à.d. d'un obturateur automatique (par opposition au système classique avec bouchon à visser) qui est actionné par un actuateur (16) qui peut également commander la vanne (13) (ce qui est symbolisé par le pointillé (17) sur la figure). De cette manière, lors de l'ouverture de l'obturateur (15), on peut fermer directement la vanne (13) et interdire le surremplissage. Tous les accessoires précités (2 à 16) sont intégrés à (solidarisés avec) la tubulure de remplissage (2) avant l'assemblage de ladite tubulure (2) avec le réservoir (1). Le réservoir (1) quant à lui est solidaire des tubulures de ventilation (18) et de dégazage (19). Après assemblage de la tubulure (2) et du réservoir (1) par soudure ou fixation mécanique (20) de l'embase (4) sur une ouverture dans le réservoir (1), les tubulures de ventilation (18) et de dégazage (19) sont raccordées à leur séparateur L/V respectif (11, 1 l'). Cette manière de procéder permet de ne fabriquer dans les unités spécialisées pour systèmes à carburant, que la tubulure munie de ses accessoires et de déplacer dans des unités simples , proches des lignes de montage des dits système, la fabrication du réservoir muni de ses tubulures de ventilation et de dégazage, ensemble volumineux mais relativement simple à fabriquer. La figure 2 illustre une variante similaire à celle de la figure 1, mais dans laquelle les tubulures de ventilation (18) et de dégazage (19) ont également été intégrées à la tubulure de remplissage (2), ce qui simplifie encore la partie réservoir (1) et permet de réduire drastiquement les émissions d'hydrocarbures. Dans cette variante, la pompe (4) intègre également le filtre (5) et le régulateur de pression (6) , qui ne sont donc plus représentés. Cette pompe (3) est en outre rabattable pour pouvoir permettre l'insertion du bas de la tubulure de remplissage (2) dans le réservoir (1) lors du montage. Ce dernier a lieu par soudure ou fixation mécanique (20) d'une embase (4) plus simple et de taille réduite par rapport à la version de la figure (1). La pompe est fixée (par exemple par clipsage) dans un piège à carburant (7'). La figure 3 est adaptée aux systèmes classiques d'Amérique du Nord qui sont munis d'un système ORVR ( On-Board Refueling Vapor Recovery ou système de traitement des vapeurs lors du remplissage au sein même du véhicule, comme requis par la réglementation US). Un tel système nécessite un second canister (12') pour pouvoir adsorber toutes les vapeurs générées lors du remplissage, ainsi qu'un capteur (21) pour la détection de fuites ( OBD ou On-Board Diagnosis) et une FLVV (Fill Limit Vent Valve) (22) ou vanne qui permet d'éviter que du liquide ne passe du réservoir dans la tubulure de dégazage (19) ou vers l'extérieur en cas d'arrachement de ladite tubulure. A noter que la présence du séparateur liquide-vapeur (I 1') permet de simplifier (rendre moins critique) cette vanne par rapport aux systèmes classiquement utilisés dans cette région du monde. REVENDICATIONS 1 - Système à carburant destiné à un moteur thermique et comprenant un réservoir à carburant (1), une tubulure de remplissage du réservoir (2) et un système de ventilation comprenant un séparateur liquide/vapeur (11) et canister (12), caractérisé en ce que le séparateur liquide/vapeur (Il) et le canister (12) sont intégrés à la tubulure de remplissage du réservoir (2). 2 - Système à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réservoir (1) et la tubulure (2) sont en matière plastique. 3 - Système à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réservoir (1) et la tubulure de remplissage (2) sont des structures multicouches incluant au moins une couche à base de HDPE (polyéthylène haute densité) et au moins une couche à base d'EVOH (copolymère éthylène-alcool vinylique). 4 - Système à carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tubulure de remplissage (2) comprend un goulot de remplissage (2') et une embase (4) qui délimitent la partie interne de la tubulure, ainsi qu'un volume externe (2") délimité par une pièce rapportée sur le goulot (2') et/ou sur l'embase (4) et en ce que le séparateur liquide/vapeur (11) et le canister (12) sont intégrés à ce volume externe (2"). - Système à carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de ventilation comprend également une vanne (13) assurant une fonction ROV (Roll Over Valve) et/ou OPV (Overfilling Prevention Valve), et en ce que ladite vanne (13) est également intégrée à la tubulure de remplissage (2). 6 - Système à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tubulure de remplissage (2) est munie d'un obturateur (15) capless actionné par un actuateur (16) qui commande également la vanne (13). 7 - Système à carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tubulure de remplissage (2) intègre également au moins un autre accessoire destiné à l'alimentation du moteur en carburant et/ou au contrôle du niveau de carburant dans le réservoir. 8 - Système à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que cet autre élément est choisi parmi une pompe d'alimentation du moteur en carburant (3), un filtre à carburant (5), un régulateur de pression (6) et/ou un système de jaugeage (8). 9 - Système à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce cet autre élément est un système de jaugeage (8) basé sur une pesée, un effet inductif ou un effet Hall. - Procédé pour la fabrication d'un système à carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes: 1. fabrication d'un réservoir à carburant (1); 2. fabrication d'une tubulure de remplissage (2) pour ledit réservoir (1); 3. fixation du séparateur liquide/vapeur (11) et du canister (12) à ladite tubulure; 4. assemblage du réservoir à carburant (1) et de l'ensemble tubulure (2)/ séparateur (11)/ canister (12).