Brevet FR2886368A1 — publié le 20061201

Clapet de sécurité pour circuit de mise à l'air d'un réservoir à liquide. La présente invention concerne un clapet de sécurité pour circuit de mise à l'air d'un réservoir à liquide, en particulier d'un réservoir à carburant pouvant équiper un véhicule automobile. Les réservoirs à liquide, en particulier les réservoirs à carburant pour véhicules automobiles, sont aujourd'hui généralement dotés, entre autres, d'un circuit de mise à l'air. Ce circuit permet l'introduction d'air dans le réservoir en cas de dépression (notamment pour compenser le volume de liquide consommé) ou l'évacuation des gaz contenus dans le réservoir en cas de surpression (notamment en cas d'échauffement). Ce circuit permet également la canalisation et le filtrage éventuel des gaz devant être rejetés à l'atmosphère, en vue de satisfaire aux exigences environnementales de plus en plus strictes en la matière. Le circuit de mise à l'air comprend généralement un clapet de sécurité de type ROV (Roll Over Valve) empêchant autant que possible la sortie de liquide provenant du réservoir en cas de retournement ou d'inclinaison excessive du réservoir. Ce clapet de sécurité doit offrir une réponse rapide et sûre lorsque ses conditions d'intervention surviennent, mais avec une sensibilité minimale aux phénomènes anormaux tels que notamment les débits très élevés, les surpressions dans le réservoir ou les vagues de faible amplitude. Le circuit de mise à l'air peut également comprendre un clapet de sécurité de type FLVV (Fill Limit Vinting Valve) qui fixe le niveau maximum de remplissage du réservoir et limite le sur-remplissage. Certains clapets de sécurité assurent à la fois la fonction ROV et la fonction FLVV. De nombreux clapets de sécurité mettent en oeuvre un flotteur comportant un pointeau supérieur venant obturer un orifice de connexion entre le réservoir et le circuit de mise à l'air. L'inconvénient de tels clapets est que lorsque l'obturation de l'orifice se prolonge, la pression monte à l'intérieur du réservoir et ne peut plus être évacuée par ledit orifice, d'où l'apparition d'une surpression qui doit être évacuée par un dispositif supplémentaire. Pour pallier à cet inconvénient, des vannes avec siège mobile ont été développées. Ainsi par exemple, le brevet US 5,004,002 décrit un clapet avec un flotteur à pointeau et un siège mobile. Ce siège mobile peut être un diaphragme percé d'un orifice (voir figure 5) qui se soulève au-delà d'une certaine pression afin de dégager le pointeau du flotteur dudit orifice. Le clapet décrit dans ce brevet a été développé pour des systèmes à carburant qui doivent supporter un niveau de pression relativement élevé. Dès lors, pour éviter l'adhérence du pointeau dans l'orifice, le mouvement du flotteur est bloqué à l'aide d'une butée de manière à ce que seul le diaphragme puisse se mouvoir au-delà d'une certaine pression. L'inconvénient d'un tel clapet est dès lors que si une vague se produit lorsque le diaphragme et le pointeau son découplés (c'est-à-dire en cours d'évacuation d'une surpression), du liquide peut être entraîné dans le système (puisque le flotteur est bloqué et ne peut se mouvoir pour obturer l'orifice). En outre, dans cette même situation et/ou en cas de forte surpression, le risque existe de voir la partie centrale du diaphragme se coller à la paroi supérieure du clapet et ce faisant, de bloquer l'orifice de mise à l'air. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes en proposant un clapet de sécurité pour circuit de mise à l'air d'un réservoir à liquide comprenant: a) une enceinte munie d'un couvercle, qui s'étend au moins en partie à l'intérieur du réservoir et qui est reliée par un orifice au circuit de mise à l'air; b) un flotteur pouvant coulisser verticalement à l'intérieur de l'enceinte et obturer l'orifice de mise à l'air dans une position haute; c) une paroi mobile qui partage l'enceinte en une partie inférieure dans laquelle le flotteur coulisse et une partie supérieure qui assure la liaison avec le circuit de mise à l'air, cette paroi étant mobile et comprenant (généralement en son centre) l'orifice de mise à l'air, ledit clapet comprenant en outre une butée ajourée solidaire soit de la paroi mobile, soit du couvercle de l'enceinte. Le clapet de sécurité est destiné au circuit de mise à l'air d'un réservoir pouvant contenir un liquide quelconque. En particulier, le liquide peut être un carburant, un liquide de frein ou un lubrifiant. Plus particulièrement, le liquide est un carburant. Le réservoir peut être destiné à tout usage, spécialement à équiper un véhicule et plus spécialement encore à équiper un véhicule automobile. L'enceinte du clapet peut avoir une forme quelconque, souvent intérieurement adaptée au coulissement du flotteur. Le plus souvent, elle est à cet effet de section intérieure constante, au moins dans la partie où le flotteur doit pouvoir coulisser. Elle est en particulier, au moins dans cette partie, intérieurement cylindrique. L'enceinte du clapet est munie d'un couvercle qui peut être soit moulé d'une pièce avec elle, soit constituer une pièce séparée assemblée avec elle par tout moyen connu (fixation mécanique avec joint; soudure...) . Ce couvercle comprend avantageusement une connexion vers le circuit de mise à l'air. Cette connexion a généralement la forme d'une tubulure. Le flotteur du clapet selon l'invention comprend généralement une tête de forme et de taille appropriée pour pouvoir obturer l'orifice de mise à l'air. Cette tête est avantageusement munie d'un joint pour assurer l'étanchéité de ladite obturation. La forme extérieure (latérale) du flotteur est évidemment adaptée à celle de l'intérieur de l'enceinte où il doit pouvoir coulisser. En particulier, il est donc extérieurement cylindrique. Le clapet selon l'invention comprend une paroi mobile qui le partage en une partie inférieure dans laquelle le flotteur coulisse et une partie supérieure qui assure la liaison avec le circuit de mise à l'air et qui est coiffée par le couvercle. Cette paroi est mobile (on entend par là que sa partie centrale est mobile, mais qu'elle est fixée par ses bords dans l'enceinte) et est percée (généralement en son centre) par l'orifice de mise à l'air. Elle peut être moulée d'une pièce avec l'enceinte mais de manière préférée, il s'agit d'une pièce séparée que l'on vient fixer dans l'enceinte par tout moyen approprié. Le recours à une ou plusieurs cales et support(s) correspondant(s) donne de bons résultats. De préférence, la paroi mobile repose sur une gorge circulaire où elle est fixée à l'aide d'un anneau de calage. La mobilité de la paroi de partition peut être assurée de toute manière connue. Ainsi, on peut choisir la forme et les matériaux constitutifs de cette paroi de façon à obtenir à la fois une mobilité, une étanchéité et une résistance mécanique suffisantes. Une paroi inhomogène comprenant une partie centrale et une partie périphérique de nature et/ou géométrie différentes convient bien. De bons résultats sont obtenus lorsque la partie centrale est plus épaisse et à base d'un matériau plus rigide que la partie périphérique de la paroi. En particulier, la partie centrale peut consister en une pièce en matière thermoplastique injectée et la partie périphérique, en un diaphragme en élastomère. Ces deux pièces sont jointes de toute manière appropriée, de préférence par soudure ou coinjection si leurs matières constitutives sont compatibles, ou par collage. L'orifice de mise à l'air peut avoir une forme quelconque. Il peut s'agir d'un simple trou (orifice circulaire sans relief périphérique) pratiqué sensiblement au centre de la paroi mobile. Il peut également s'agir d'un orifice circulaire dont les bords ont une géométrie et une résistance mécanique favorisant l'étanchéité de la fermeture dudit orifice par la tête du flotteur. Cette variante est aisée à mettre en oeuvre dans le cas où la partie centrale de la paroi est une pièce injectée. Le clapet selon l'invention comprend une butée qui est ajourée. On entend par là une butée soit en plusieurs parties (plots par exemple), soit d'une seule paroi mais percée d'orifices, de manière à ce que la ventilation puisse se poursuivre même en cas de forte surpression, lorsque la paroi mobile est en position haute, contre ladite butée. Selon l'invention, cette butée peut être solidaire (fixée à ou réalisée d'une pièce avec) soit du couvercle, soit de la paroi mobile. Elle s'étend donc généralement respectivement soit vers le bas, soit vers le haut dans la partie supérieure de l'enceinte. De préférence, cette butée est fixe et est donc solidaire du couvercle. De manière tout particulièrement préférée, elle est moulée d'une pièce avec le couvercle. Selon une variante préférée de la présente invention, un ressort de tarage est intercalé entre la paroi mobile et le couvercle du clapet. Le tarage de ce ressort permet de définir les niveaux de pressions auxquels la paroi va se mouvoir pour se séparer/se rapprocher du flotteur. Comme évoqué précédemment, le clapet de sécurité selon l'invention peut assurer la fonction ROV et/ou FLVV d'un réservoir à carburant. La présente invention s'applique particulièrement bien à un clapet assurant les deux fonctions. Le clapet selon l'invention peut être aidé dans sa fonction ROV par tout dispositif connu à cet effet, tel qu'une bille dense, un ressort. .. Il peut également être assisté dans sa fonction FLVV de manière à autoriser une certaine quantité de sur-remplissage communément appelé round up , et ce par une géométrie adéquate de ses éléments constitutifs. Ainsi par exemple, selon une variante préférée de l'invention, l'enceinte dans laquelle le flotteur coulisse est une enceinte fermée dans le bas, c'est-à-dire munie d'un fond étanche, mais comprenant au moins une ouverture latérale par laquelle la ventilation a lieu. Lorsque le niveau de liquide atteint cette fenêtre, on assiste à un premier déclenchement du pistolet de remplissage suite à l'entrée de liquide dans l'enceinte. Si on continue à remplir le réservoir, le liquide va progressivement remplir l'enceinte et le flotteur va commencer à monter jusqu'à obstruer l'orifice de ventilation. A ce moment là, la ventilation n'est plus assurée et la pression va monter dans le réservoir. A condition de faire en sorte que la pression cible à laquelle la paroi se soulève (ou Pc, qui dépend de la résistance de la paroi et/ou du ressort de tarage, le cas échéant) est supérieure à la pression de déclenchement usuelle des pistolets de remplissage des réservoirs à carburant (ou PD), on obtient le déclenchement définitif du pistolet de remplissage et le niveau de remplissage maximum du réservoir est atteint. En fonctionnement, si le flotteur obture toujours l'orifice de ventilation et que la pression dans le réservoir atteint la pression cible susmentionnée (Pc), la paroi se soulève (par déformation élastique et/ou déploiement d'au moins une de ses parties constitutives) et l'orifice de ventilation se libère. Même en cas de surpression très élevée, la paroi sera arrêtée dans son mouvement vertical par la butée et comme celle-ci est ajourée, la ventilation pourra se poursuivre. En cas de vague à ce moment-là, le flotteur, qui est lui toujours mobile, peut venir obturer l'orifice et empêcher le liquide de pénétrer dans le circuit de ventilation. Afin d'éviter les entraînement de liquide tant que l'orifice de ventilation est ouvert (ou que le flotteur n'est pas en position haute) et d'assister le le' déclenchement du pistolet, le clapet selon cette variante de l'invention comprend de préférence un baffle, continu ou ajouré, qui s'étend à l'intérieur de l'enceinte, parallèlement à la paroi latérale de celle-ci et en regard de l'ouverture. Il s'agit de préférence d'un baffle continu, de forme substantiellement cylindrique à l'intérieur duquel la partie supérieure du flotteur coulisse. Dès lors, le diamètre externe du flotteur dans cette zone au moins est adapté au diamètre interne du baffle. Ce baffle peut être supporté par une pièce séparée de l'enceinte et fixée dans celle-ci. De manière préférée, il est moulé d'une pièce avec l'enceinte, par exemple dans le prolongement du support de la paroi mobile, le cas échéant. Enfin, le clapet selon cette variante de l'invention comprend de préférence un obturateur secondaire conférant au clapet un effet bi-étagé. Il s'agit d'un obturateur permettant effectivement d'obturer l'orifice de mise à l'air du clapet et comprenant lui-même un orifice susceptible d'être obturé par un pointeau présente sur la tête du flotteur. Cet obturateur a essentiellement pour rôle de faciliter la ré-ouverture du clapet, c'est-à-dire le découplage entre la tête du flotteur et l'orifice de mise à l'air. De préférence, le pointeau est solidaire de la tête du flotteur. Le flotteur et le pointeau peuvent être produits en une seule pièce ou être produits séparément et assemblés. Par pointeau , on entend désigner une pointe de forme appropriée pour obturer l'orifice dans le joint. De manière tout particulièrement préférée, l'obturateur secondaire selon cette variante de l'invention est essentiellement constitué d'un joint. On entend par là en particulier que le joint est libre , non apposé sur un support. Ce joint peut avoir une forme quelconque. Un joint substantiellement plat (tel qu'une portion de membrane) donne de bons résultats et est simple à réaliser en pratique. Ce joint plat peut avoir un contour de forme quelconque. Un joint plat de forme substantiellement circulaire (c'est-àdire une rondelle) est particulièrement simple et donne de bons résultats. Ce joint peut être en une matière quelconque, mais de préférence suffisamment souple pour assurer l'étanchéité. Des élastomères conviennent bien comme matériaux constitutifs du joint, et en particulier, les élastomères fluorés. Selon cette variante de l'invention, la tête du flotteur est munie d'un dispositif permettant de limiter le mouvement du joint. De manière préférée, ce dispositif fait partie intégrante de ladite tête (et/ou de son pointeau), c'est-à-dire que la tête/le pointeau présente(nt) une géométrie qui permet au joint de se mouvoir essentiellement verticalement par rapport à elle, mais avec une course limitée. Selon une première variante, le pointeau présente en son extrémité supérieure (faîte), une section plus grande que celle de l'orifice dans le joint mais par ailleurs une section généralement inférieure à la section de l'orifice dans le joint. Selon une deuxième variante, préférée, la tête du flotteur comprend des doigts crochus verticaux qui entourent le pointeau et qui ont une extrémité supérieure plus haute que le pointeau. De cette manière, le joint peut coulisser verticalement entre l'extrémité crochue des doigts et une position d'appui sur la tête du flotteur. Par crochu , on entend en fait toute forme permettant de retenir le joint. Cette forme peut être celle d'un L à l'envers par exemple. Dans cette variante, il y a de préférence au moins 3 doigts de manière à empêcher la fuite du joint entre 2 doigts consécutifs. De manière tout particulièrement préférée, il y en a au moins 4 de manière à limiter ce risque. Ces doigts sont de préférence disposés de manière symétrique sur la tête du flotteur, et donc, en croix à branches égales lorsqu'ils sont au nombre de 4. De manière tout particulièrement préférée, ces doigts guident le joint durant sa course verticale pour limiter au maximum ses mouvement latéraux. Avantageusement, la forme de la tête du flotteur et en particulier, de la partie sur laquelle repose le joint dans certaines positions du clapet, est convexe (bombée ou conique) de manière à éviter l'adhérence du joint sur la tête en cas de dépôts de liquide à cet endroit. Les éléments constitutifs du clapet selon l'invention peuvent être réalisés en tout matériau. De préférence, ils sont réalisés à base de matière thermoplastique. Dans ce cas, il convient évidemment de choisir la ou les matières de façon telle qu'elles résistent aux contraintes d'utilisation. Les matériaux choisis doivent en particulier être évidemment inertes vis-à-vis des liquides avec lesquels ils sont amenés à être en contact, en particulier vis-à-vis des carburants. En particulier dans le cas où le réservoir à liquide est un réservoir à carburant en matière plastique, la plupart des éléments constitutifs du clapet selon l'invention sont également en matière plastique. Par matière plastique, on entend toute matière polymérique de synthèse, thermoplastique ou thermodurcissable se présentant à l'état solide dans les conditions ambiantes, ainsi que les mélanges d'au moins deux de ces matières. Les polymères visés comprennent 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 (copolymères "statistiques"), les copolymères séquencés, les copolymères à blocs et les copolymères greffés. Les polymères thermoplastiques, y compris les élastomères thermoplastiques, ainsi que leurs mélanges, sont préférés. 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 dans le clapet selon l'invention des polyoléfines, des polyoléfines greffées, des polyesters thermoplastiques, des polycétones, des polyamides et leurs copolymères. Un polymère souvent utilisé dans les réservoirs à carburant en matière plastique est le polyéthylène et en particulier, le polyéthylène haute densité (PEHD) éventuellement en une structure multicouche incluant une couche barrière (à base d'EVOH par exemple, ou copolymère éthylèneacétate de vinyle hydrolysé) ou un traitement de surface (fluoration ou sulfonation par exemple) en vue de le rendre imperméable aux carburants auxquels il est destiné. Dès lors, lorsque le clapet selon l'invention comprend un couvercle séparé de l'enceinte, celui-ci est de préférence à base de PEHD également pour pouvoir être soudé sur le réservoir. Quant aux autres parties du clapet, de préférence, elles sont à base d'au moins une matière plastique imperméable aux hydrocarbures. Des exemples de telles matières plastiques imperméables aux hydrocarbures sont, de manière non limitative, les polyéthylène ou polybutylène téréphtalates, les polyamides, les polycétones, les polyacétals. A noter que toutes ces pièces, couvercle compris, peuvent être des structures multicouches comprenant, par exemple, au moins une couche de polyéthylène haute densité et éventuellement une couche barrière vis-à-vis des hydrocarbures (en surface ou en leur sein). Dans le cas d'un réservoir à carburant en matière plastique, et en particulier, à base de PEHD, de bons résultats ont été obtenus avec des clapets incluant un couvercle à base de PEHD, une enceinte et un flotteur en POM (polyoxyméthylène) ou en PBT (polybutylène téréphtalate), et une paroi mobile mixte à base de POM ou de PBT pour la partie centrale et d'élastomère fluoré pour la partie périphérique. Le mode et l'emplacement de fixation du clapet sur le réservoir peuvent être choisis de toute manière usuelle adaptée aux conditions spécifiques. De préférence, le clapet est directement assemblé sur la paroi supérieure du réservoir soit par soudage de son couvercle (voir précédemment) à la paroi du réservoir, soit par enclipsage dudit couvercle dans un relief de ou sur ladite paroi. L'invention est illustrée de manière non limitative par les figures 1 et 2 qui représentent un clapet selon une variante préférée de l'invention (ou du moins: une partie de celui-ci). Le clapet de sécurité illustré dans ces figures comprend une enceinte (1) qui s'étend à l'intérieur du réservoir (non représenté) et qui est munie d'un couvercle (2) moulé d'une pièce avec elle, ainsi qu'un fond étanche (non représenté). Cette enceinte (1) comprend également une paroi mobile (3) ayant une partie centrale rigide (3') munie d'un orifice de ventilation (4), et une partie périphérique souple (3") constituée d'un diaphragme. Le bord de l'orifice (4) est muni d'une lèvre (4') de géométrie favorisant une bonne étanchéité. Cette paroi (3) repose sur une gorge circulaire (5) moulée d'une pièce avec un baffle cylindrique (6) dans lequel la tête d'un flotteur (7) coulisse. Ce flotteur (7) comprend un pointeau (8) (produit en une seule pièce avec le flotteur) sur lequel repose un joint (9) muni d'un orifice et qui est entouré de doigts (10) limitant sa course verticale par rapport au pointeau. L'enceinte (1) comporte dans sa partie inférieure (l'), une ouverture latérale (11) qui permet le passage des gaz. Elle comporte aussi, dans sa partie supérieure (1"), un ressort taré (12) dont le tarage a été adapté pour que la paroi (3) se soulève à une pression supérieure à la pression de déclenchement usuelle des pistolets de remplissage de réservoirs à carburant (PD). Ce ressort est donc intercalé entre le couvercle (2) et la paroi mobile (3). Il est en fait logé par sa partie supérieure dans une butée (13) qui fait partie intégrante du couvercle (2) et qui permet d'éviter, en cas de forte surpression, que la partie centrale (3') de la partie mobile ne se colle sur le couvercle (2) et ce faisant, empêche la ventilation par l'orifice (4). Pour justement permettre cette ventilation lorsque le diaphragme y est collé, cette butée (13) est en fait constituée de plots séparés. Ce clapet comprend encore un anneau (14) qui sert à caler le diaphragme sur la gorge (5) où il repose, ainsi qu'une tubulure (15), intégrée au couvercle (2) et permettant le raccord du clapet au circuit de mise à l'air du réservoir. La figure 1 représente ledit clapet de sécurité en une position fermée, atteinte lors du déclenchement du pistolet en fin de remplissage et la figure 2 illustre ce même clapet mais lors de sa réouverture suite à une montée en pression dans le réservoir au-delà du seuil critique (Pc) alors qu'il est toujours à son niveau de remplissage maximum. Dans ce cas, comme illustré par les larges flèches verticales, la paroi s'est soulevée par tension du diaphragme (3") et l'évacuation des gaz sous pression peut se faire comme indiqué par la fine flèche, par passage d'abord entre les lèvres (4') de l'orifice (4) et les doigts (10) du flotteur (7) et ensuite, à travers ledit orifice (4). Si une vague survient dans cette position, le flotteur montera, porté par ladite vague, et obturera l'orifice (4) par son joint (9) et son pointeau (8). Lorsque la vague est passée, le décollement du flotteur (7) (initié par son poids lorsqu'il redescend) est facilité du fait que l'orifice dans le joint (9) est plus petit que l'orifice de mise à l'air (4) et donc, que la force exercée par une différence de pression de part et d'autre de cet orifice est plus faible. 2886368 -10- REVENDICATIONS 1 - Clapet de sécurité pour circuit de mise à l'air d'un réservoir à liquide comprenant: a) une enceinte (1) munie d'un couvercle (2), qui s'étend au moins en partie à l'intérieur du réservoir et qui est reliée par un orifice (4) au circuit de mise à l'air; b) un flotteur (7) pouvant coulisser verticalement à l'intérieur de l'enceinte (1) et obturer l'orifice de mise à l'air (4) dans une position haute; c) une paroi mobile (3) qui partage l'enceinte (1) en une partie inférieure (1') dans laquelle le flotteur (7) coulisse et une partie supérieure (1") qui assure la liaison avec le circuit de mise à l'air, cette paroi (3) étant mobile et comprenant l'orifice de mise à l'air (4) , ledit clapet comprenant en outre une butée (13) ajourée solidaire soit de la paroi mobile (3), soit du couvercle (2). 2 - Clapet selon la revendication précédente, dans lequel la paroi mobile (3) repose sur une gorge circulaire (5) où elle est fixée à l'aide d'un anneau de calage (14). 3 - Clapet selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi mobile (3) est inhomogène et comprend une partie centrale (3') et une partie périphérique (3") de nature et/ou géométrie différentes. 4 - Clapet selon la revendication précédente, dans lequel la partie centrale (3') est une pièce injectée en matière thermoplastique et la partie périphérique (3") est un diaphragme en élastomère. - Clapet selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la butée (13) est moulée d'une pièce avec le couvercle (2). 6 - Clapet selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un ressort taré (12) est intercalé entre la paroi mobile (3) et le couvercle (2). 7 - Clapet selon la revendication précédente, dont l'enceinte (1) est munie d'un fond étanche mais comprend au moins une ouverture latérale (11) et dont le tarage du ressort (13) est tel que la pression cible à laquelle la paroi (3) se soulève est supérieure à la pression de déclenchement usuelle des pistolets de remplissage pour réservoirs à carburant. 8 - Clapet selon la revendication précédente, dans lequel un baffle (6) s'étend à l'intérieur de l'enceinte (1), parallèlement à la paroi latérale de celle-ci et en regard de son ouverture latérale (11). 9 - Clapet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur secondaire (9) pour obturer l'orifice de mise à l'air (4) dans la paroi mobile (3), ledit obturateur secondaire (9) comprenant un orifice susceptible d'être obturé par un pointeau (8) du flotteur (7). - Réservoir à carburant équipé d'un clapet selon l'une quelconque des revendications précédentes.