FR3053936B1 - Reservoir a carburant multicoques et procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un réservoir (1) à carburant comprenant une coque (2) interne comprenant au moins deux coquilles (31, 32) en matière de synthèse moulées par injection et/ou compression et assemblées par soudure, une coque (4) dite externe en matière de synthèse entourant ladite coque (2) interne, cette coque (4) externe comprenant au moins deux coquilles (41, 42) assemblés entre elles, la coque (2) interne étant munie intérieurement d'au moins un pilier (6) de liaison des coquilles (31, 32) entre elles et/ou une nervure (5). La coque (2) interne est, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque (4) externe par un volume (7) de gaz.

Description

DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne un réservoir à carburant multicoques et son procédé de fabrication.

Elle concerne plus particulièrement un réservoir à carburant multicoques en matière plastique comprenant une coque interne comprenant au moins deux coquilles en matière de synthèse moulées par injection et/ou compression et assemblées par soudure, une coque externe en matière de synthèse entourant ladite coque interne, cette coque externe comprenant au moins deux coquilles assemblées entre elles, la coque interne étant munie intérieurement d’au moins un pilier de liaison des coquilles entre elles et/ou une nervure.

ART ANTÉRIEUR

Les réservoirs à carburant en matière plastique monocouche et multicouches équipent depuis de nombreuses années, les véhicules à moteur thermique essence ou diesel. Les réservoirs à carburant sont généralement obtenus par extrusion-soufflage (avec préforme de forme cylindrique ou de forme en demi-cylindres ou sous forme de feuilles) comme l’illustre, par exemple, le brevet US2015/0083719 ou par thermoformage ou par rotomoulage.

Toutefois, le durcissement des normes anti-pollution et le développement des véhicules hybrides obligent désormais de tels réservoirs à résister à une mise en pression du réservoir (typiquement de l’ordre de 500 mbar). La résistance ainsi que la stabilité dimensionnelle du réservoir sous l’effet de la pression prennent alors une importance significative.

Pour résoudre ce problème de résistance à une pression élevée, diverses solutions sont envisagées.

Une solution actuellement sur le marché consiste en un réservoir métallique qui augmente le poids du véhicule de même que la consommation de carburant et les émissions de gaz d’échappement. D’autres solutions connues pour les réservoirs en plastique moulés par extrusion-soufflage ou par thermoformage, consistent à utiliser des renforts internes constitués de différents matériaux et/ou à augmenter l'épaisseur de la paroi des réservoirs. Ces solutions sont décrites dans les brevets US 2014/0110038, US 2014/0158696, US 2015/0083719, US 2015/0217635, et US 2015/0224871. Une autre solution consiste à munir le réservoir de plots de recollement (c’est-à-dire de souder localement les parois inférieure et supérieure du réservoir entre elles). D’autres solutions décrites dans les brevets US 5,020,687, WO 2012/031705 et WO 2014/154900 consistent à fixer des renforts fibreux sur la paroi extérieure du réservoir.

Toutes les solutions mises en oeuvre augmentent généralement le poids du réservoir et/ou augmentent son coût et/ou complexifient son recyclage en fin de vie en raison de la difficulté à séparer les différentes couches et composants constitutifs du réservoir. BUT ET RÉSUMÉ

Un but de l’invention est donc de proposer un réservoir à carburant dont la conception permet : d’obtenir une bonne stabilité dimensionnelle et une bonne résistance à la pression interne du réservoir tout en facilitant le recyclage des matériaux en fin de vie du produit. À cet effet, l’invention a pour objet un réservoir à carburant comprenant une coque interne comprenant au moins deux coquilles en matière de synthèse moulées par injection et/ou compression et assemblées par soudure, une coque dite externe en matière de synthèse entourant ladite coque interne, cette coque externe comprenant au moins deux coquilles assemblées entre elles, la coque interne étant munie intérieurement d’au moins un pilier de liaison des coquilles entre elles et/ou une nervure, caractérisé en ce que la coque interne est, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque externe par un volume de gaz.

Grâce à la présence de ce volume de gaz, le recyclage du réservoir par simple séparation des coques est aisé sans nuire à la stabilité dimensionnelle et à la résistance à la pression interne dudit réservoir.

Selon un mode de réalisation, la coque externe et la coque interne sont en contact d’appui ponctuel. La présence de simples contacts d’appui et non de point de liaison entre coques interne et externe permet de rendre particulièrement aisée la séparation des coques.

Selon un mode de réalisation, la ou au moins l’une des zones de contact d’appui est formée par un bossage ou saillie d’au moins l’une des coques.

Selon un mode de réalisation, la partie de la coque interne formant le fond du réservoir et la partie de la coque externe formant le fond du réservoir sont en contact d’appui.

Selon un mode de réalisation, au moins un composant, tel qu’un tuyau et/ou un écran et/ou une gaine et/ou une sangle et/ou un renfort et/ou un filtre à charbon actif et/ou un filtre à carburant et/ou un fil électrique et/ou un boîtier et/ou une pompe et/ou une électrovanne et/ou un capteur et/ou une carte électronique, est inséré dans le volume de gaz.

Selon un mode de réalisation, au moins l’une des coques, de préférence la coque interne, est imperméable au carburant. Cette imperméabilité est vérifiée quelle que soit la phase liquide ou gazeuse du carburant.

Selon un mode de réalisation, au moins l’un des matériaux de la coque imperméable au carburant est choisi dans le groupe de matériaux formé par les polyoxyméthylènes, les polymères d'alcool vinylique, les polyamides, les polyesters, les polycétones, les polymères fluorés, les polyacrylonitriles, les halogénures de polyvinylidène et les polymères à cristaux liquides.

La réalisation de la coque interne en un matériau imperméable au carburant permet d’éviter toute souillure de la coque externe. Il en résulte une facilité du recyclage.

Selon un mode de réalisation, la coque interne et la coque externe sont en des matériaux différents. La coque externe peut ainsi présenter des caractéristiques de résistance au feu supérieures aux caractéristiques de résistance au feu de la coque interne.

Selon un mode de réalisation, les coquilles de la coque interne sont disposées, à l’état préassemblé, à l’intérieur de la coque externe. Il en résulte la possibilité de pouvoir vérifier l'étanchéité de la coque interne, notamment au niveau de la soudure du plan de joint, avant de la recouvrir de la coque externe.

Selon un mode de réalisation, le volume intérieur de la coque interne et le volume de gaz séparant la coque externe de la coque interne sont isolés l’un de l’autre. Ces volumes sont donc exempts de toute communication entre eux. Cette absence de communication directe entre le volume intérieur de la coque interne et le volume de gaz séparant les coques interne et externe permet à nouveau d’éviter une souillure, notamment en carburant, de la coque externe par la coque interne. L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un réservoir à carburant, caractérisé en ce que le réservoir à carburant étant conforme au réservoir précité, ledit procédé comprend une étape d’assemblage des coquilles de la coque interne, une étape d’insertion de la coque interne entre les coquilles de la coque externe de sorte que la coque interne est, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque externe par un volume de gaz.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L’invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d’exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 représente une vue schématique en perspective et en coupe partielle d’un réservoir à carburant conforme à l’invention. - La figure 2 représente une vue schématique en coupe d’un réservoir à carburant dont la coque interne est renforcée par des piliers soudés et dans laquelle des points de contact ponctuels entre coques interne et externe du réservoir sont illustrés. - La figure 3 représente une vue schématique en coupe d'un réservoir à carburant avec une sangle de maintien logée entre les deux coques. - La figure 4 représente une vue schématique en coupe d’un réservoir à carburant dont la coque interne est renforcée par des nervures et avec une sangle de maintien logée entre les deux coques. - La figure 5 représente une vue schématique en coupe d’un réservoir à carburant conforme à l’invention dont la coque interne est renforcée par des piliers télescopiques et une vue de détail d’un pilier. - La figure 6 représente une vue schématique en coupe d’un moule d’outillage et des coquilles de la coque externe lors de l’étape de fabrication par extrusion-soufflage ou thermoformage des coquilles de la coque externe. - La figure 7 représente une vue schématique en coupe des outillages, de la coque interne et des coquilles de la coque externe lors de l’opération de mise en place de la coque interne dans la coque externe dans le cas d’un procédé de fabrication de la coque externe par extrusion-soufflage ou thermoformage. - La figure 7A représente une vue schématique en coupe du moule, de la coque interne et des coquilles de la coque externe lors de l’opération de mise en place de la coque interne dans la coque externe dans le cas d’un procédé de fabrication de la coque externe par injection et/ou compression ou par rotomoulage. - La figure 8 représente une vue schématique en coupe des outillages, de la coque interne et des coquilles de la coque externe à l’état assemblé des coquilles de la coque externe. - La figure 9 représente une vue schématique en coupe des outillages et du réservoir à carburant lors de l’opération d’éjection dudit réservoir des outillages. -La figure 10 représente une vue schématique en coupe du réservoir à carburant obtenu.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Comme mentionné ci-dessus, le réservoir 1 à carburant, objet de l’invention, est un réservoir multicoques comprenant au moins une coque 2 interne et une coque 4 dite externe entourant la coque 2 interne.

La coque 2 interne comprend au moins deux coquilles 31, 32 en matière de synthèse, moulées par injection et/ou compression et assemblées par soudure.

La coque 4 externe comprend au moins deux coquilles 41, 42 en matière de synthèse assemblées entre elles. Ces coquilles 41, 42 externes peuvent être réalisées par injection et/ou compression, par extrusion-soufflage, par thermoformage ou par rotomoulage.

Il doit être noté que bien que les figures présentent ici des coques avec des coquilles inférieures et supérieures similaires, leurs formes peuvent être très différentes. Les parcours des plans de joint des coques interne et externe peuvent avoir un parcours similaire ou très différent.

Comme mentionné ci-dessus, chaque coquille des coques interne 2 et externe 4 est une pièce en matière de synthèse, en particulier, en matière plastique. Le terme « plastique » désigne toute matière comprenant au moins un polymère en résine de synthèse.

Les coques peuvent être constituées de matières plastiques différentes. De même, les coquilles d’une même coque, peuvent être constituées de matières plastiques différentes ou de grades différents. Dans le cas d’un assemblage par soudure, ces matières doivent être compatibles pour la soudure.

Des matières plastiques convenant bien appartiennent à la catégorie des matières thermoplastiques.

Par le terme « thermoplastique », on entend tout polymère thermoplastique, y compris les élastomères thermoplastiques. Par le terme « polymère », on entend aussi bien les homopolymères que les copolymères tels que, de manière non limitative : les copolymères aléatoires, les copolymères périodiques, les copolymères statistiques, les copolymères à blocs et les copolymères greffés.

En particulier, il est possible d’utiliser des polyoléfines, des polyoxyméthylènes, des polymères d'alcool vinylique (PVOH et EVOH), des polyamides, des polyesters, des polycétones, des polymères fluorés, des polyacrylonitriles, des halogénures de polyvinylidène et des polymères à cristaux liquides. Il est possible d'utiliser un mélange de polymères ainsi qu'un mélange de polymères avec des charges naturelles, organiques et/ou inorganiques comme, par exemple, mais non limitativement : le verre, le carbone et le talc. Les charges peuvent se présenter sous la forme de fibres, de paillettes, de billes, de poudre ou autres. Il est également possible d'utiliser des structures multicouches constituées de couches empilées comprenant au moins un des polymères décrits ci-dessus. Les coquilles peuvent être constituées de matière vierge et/ou recyclée.

Le polyéthylène haute densité (PEHD) est très largement utilisé, il donne de bons résultats.

Idéalement, au moins l’une des coques est imperméable au carburant. Dans l’exemple représenté, la coque 2 interne est la coque imperméable au carburant. Il en résulte un recyclage plus aisé de la coque externe, après séparation des coques. Dans ce cas, au moins l’un des matériaux de la coque imperméable au carburant est choisi dans le groupe de matériaux formé par les polyoxyméthylènes, les polymères d'alcool vinylique, les polyamides, les polyesters, les polycétones, les polymères fluorés, les polyacrylonitriles, les halogénures de polyvinylidène et les polymères à cristaux liquides. De tels matériaux constituent une barrière aux liquides et/ou aux gaz contenus dans le réservoir, de manière à minimiser la perméabilité du réservoir. L’épaisseur de la paroi peut être également choisie de manière à limiter la perméabilité du réservoir.

Le réservoir peut aussi être soumis à un traitement de surface (fluoruration ou sulfonation) dans le but de le rendre imperméable au carburant.

La coque 2 intérieure est encore munie, intérieurement, d’au moins un pilier 6 de liaison des coquilles 31, 32 entre elles et/ou d’une nervure 5 pour renforcer ladite coque 2.

Ainsi, un exemple d’une nervure 5 est fourni à la figure 4 et des piliers de liaison formés de deux éléments disposés solidaires chacun d’une coquille de la coque interne et montés à emboîtement coulissant sont représentés à la figure 5. Des piliers de liaison non télescopiques sont représentés à la figure 2.

De manière caractéristique à l’invention, la coque 2 interne est, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque 4 externe par un volume 7 de gaz, tel que de l'air.

La coque 4 externe et la coque 2 interne sont en contact 8 d’appui ponctuel. Ces zones de contact 8 d’appui peuvent affecter un grand nombre de formes. Généralement, la partie de la coque 2 interne formant le fond du réservoir 1 et la partie de la coque 4 externe formant le fond du réservoir 1 sont en contact d’appui, comme illustré à la figure 2.

Dans l’exemple représenté à la figure 2, ces zones de contact 8 d’appui sont formées par des bossages. Un bossage d’une coque vient en appui au niveau de son sommet par exemple, sur un plein de l’autre coque. Il en résulte la création d’un espace libre entre les coques interne et externe, sur au moins une partie du pourtour de la coque interne. Au moins l'un des bossages peut faire office de plot de centrage de la coque interne dans la coque externe.

Cette liaison par simple contact d’appui entre coques interne et externe simplifie la séparation des coques l’une de l’autre et facilite donc le recyclage des coques. Le volume de gaz, en particulier d’air, créé entre coques interne et externe autorise également une variation dimensionnelle desdites coques. Ce volume 7 d’air peut également être utilisé pour y loger un ou plusieurs composants 10.

Ces composants 10 peuvent être constitués d'un tuyau et/ou d'un écran et/ou d'une gaine et/ou d'une sangle et/ou d'un renfort, et/ou d'un filtre à charbon actif et/ou d'un filtre à carburant et/ou d'un fil électrique et/ou d'un boîtier et/ou d'une pompe et/ou d'une électrovanne et/ou d'un capteur et/ou d'une carte électronique et/ou autres.

Chaque composant inséré entre les deux coques peut être monté libre ou relié à la coque interne ou à la coque externe. Ainsi, dans l’exemple représenté aux figures 3 et 4, le composant est une sangle qui passe sous le fond de la coque interne, puis remonte le long des parois latérales de la coque interne avant d’être fixée à la coque externe au niveau du plan de joint des coquilles 41, 42 de la coque 4 externe.

Ces composants (sangle, écran de protection, gaine, renforts, etc.), logés entre les coques, peuvent être constitués de divers matériaux tels que, par exemple mais non limitativement, du métal, du plastique, du caoutchouc, du bois, du matériau composite ou autres. La coque interne 2 et/ou les coquilles 41 et/ou 42 de la coque externe 4 peuvent être équipées de ces composants avant ou pendant l'assemblage des coquilles 41 et 42 de la coque externe 4. En outre, des composants similaires (sangle, écran de protection, etc.) peuvent être fixés à l'extérieur du réservoir 1 sur la coque externe 4.

De même, des composants, tels que clapet, tuyau, pompe ou autres, peuvent être positionnés dans les coquilles 31 et/ou 32 de la coque interne avant soudure de ces coquilles entre elles.

Chacune des coques peut, sur sa périphérie externe au niveau du plan de joint (plan de soudure), être pourvue ou dépourvue de trottoir ou rebord de soudure. Il est par exemple possible que la coque interne en soit dépourvue alors que la coque externe en soit pourvue. De même, une coque peut comporter un rebord ou trottoir de soudure sur la totalité de sa périphérie ou seulement sur une ou plusieurs parties.

Le réservoir comprend encore au moins un orifice 9 de remplissage, tel que représenté à la figure 1, et/ou un orifice de vidange et/ou un orifice de ventilation et/ou un orifice de dégazage non représenté.

La conception du réservoir est telle que le volume intérieur de la coque 2 interne et le volume 7 de gaz séparant la coque 4 externe de la coque 2 interne sont isolés l’un de l’autre, c’est-à-dire ne communiquent pas entre eux. Ainsi, au moment du remplissage ou de la vidange du réservoir, le contenu du réservoir ne peut pas pénétrer dans le volume de gaz séparant les coques interne et externe. Ce volume 7 de gaz peut être un volume fermé, ou en communication avec l’extérieur via au moins un orifice ménagé dans la coque externe. Cet orifice peut être équipé d'un dispositif anti-écoulement en cas d'accident du véhicule. En outre, la présence d'orifices dans la coque externe 4 peut permettre une circulation de fluide dans ce volume 7, par exemple, pour refroidir le carburant.

Pour la fabrication de tels réservoirs, on procède comme suit : on fabrique les coquilles des coques interne et externe. Ainsi, dans l’exemple représenté à la figure 6, les coquilles de la coque externe sont fabriquées par extrusion-soufflage ou thermoformage. Une fois les coquilles réalisées, les coquilles de la coque interne sont assemblées l’une à l’autre par soudure, et la coque 2 interne ainsi réalisée est logée entre les deux coquilles de la coque externe, comme illustré à la figure 7 ou à la figure 7A. Le moyen de chargement de la coque interne dans l'outillage (figures 7, 7A), non représenté, peut être un bras articulé ou tout autre moyen approprié. Une fois le moyen de chargement retiré, la coque interne peut être maintenue en position par une canne de soufflage (figures 7) et/ou tout autre moyen approprié et non représenté comme par exemple un moyen qui s'escamote lors de la fermeture du moule. La coque interne peut être munie de formes appropriées, non représentées, pour son maintien en position. Les coquilles de la coque externe sont alors rapprochées l’une de l’autre, et enferment la coque interne à l’état assemblé l’une à l’autre, par exemple par soudure. Lors de cette étape d’assemblage, un volume 7 de gaz, à savoir ici de l'air, est maintenu entre les coques interne et externe, sur au moins une partie du pourtour de la coque interne.

Dans le cas d'une fabrication des coquilles de la coque externe par extrusion-soufflage ou par thermoformage, comme illustré à la figure 8, le réservoir est, à l'issue de l'étape de rapprochement des coquilles de la coque externe, mis sous pression. On note dans la coque interne 2 au moins un orifice qui permet d'équilibrer la pression dans les deux coques, cet orifice se situant autour de l'aiguille de soufflage. On note également que l'orifice de remplissage et le goulot associé peuvent être créés au moment de la fabrication du réservoir, cet orifice et son goulot étant, dans ce cas, disposés au niveau du plan de joint de la coque externe 4. Cet orifice et le goulot associé peuvent également être rapportés après assemblage des coques entre elles.

Dans le cas d'une fabrication des coquilles de la coque externe par injection et/ou compression ou par rotomoulage ensuite assemblées par soudure, comme illustré à la figure 7A, le réservoir peut, à l'issue de l'étape de rapprochement des coquilles de la coque externe, être mis sous pression. Dans ce cas, la coque interne 2 est munie au moins d'un orifice qui permet d'équilibrer la pression dans les deux coques.

Le réservoir ainsi obtenu se caractérise par sa simplicité de recyclage, résultant de la facilité de séparation des coques interne et externe du réservoir.

Une fois le réservoir à carburant obtenu, des opérations supplémentaires d'usinage et/ou de soudure et/ou d'assemblage et/ou d'équipement des coques interne et/ou externe sont possibles en vue de finaliser le produit.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Réservoir (1) à carburant comprenant une coque (2) interne comprenant au moins deux coquilles (31, 32) en matière de synthèse moulées par injection et/ou compression et assemblées par soudure, une coque (4) dite externe en matière de synthèse entourant ladite coque (2) interne, cette coque (4) externe comprenant au moins deux coquilles (41, 42) assemblés entre elles, la coque (2) interne étant munie intérieurement d’au moins un pilier (6) de liaison des coquilles (31, 32) entre elles et/ou une nervure (5), la coque (2) interne étant, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque (4) externe par un volume (7) de gaz, caractérisé en ce que la coque (2) interne est sur sa périphérie externe, au niveau du plan de soudure dépourvue de trottoir ou rebord de soudure ou comporte un rebord ou trottoir de soudure seulement sur une ou plusieurs parties de sa périphérie externe.
2. 2. Réservoir (1) à carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coque (4) externe et la coque (2) interne sont en contact (8) d’appui ponctuel.
3. 3. Réservoir (1) à carburant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la ou au moins l’une des zones de contact (8) d’appui est formée par un bossage ou saillie d’au moins l’une des coques (2, 4).
4. 4. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie de la coque (2) interne formant le fond du réservoir (1) et la partie de la coque (4) externe formant le fond du réservoir (1) sont en contact d’appui.
5. 5. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins un composant (10), choisi parmi un tuyau ou un écran ou une gaine ou une sangle ou un renfort, ou un filtre à charbon actif ou un filtre à carburant ou un fil électrique ou un boîtier ou une pompe ou une électrovanne ou un capteur ou une carte électronique, est inséré dans le volume (7) de gaz.
6. 6. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins l’une des coques (2, 4), de préférence la coque (2) interne, est imperméable au carburant, et en ce qu’au moins l’un des matériaux de la coque imperméable au carburant est choisi, de préférence, dans le groupe des matériaux formés par les polyoxyméthylènes, les polymères d'alcool vinylique, les polyamides, les polyesters, les polycétones, les polymères fluorés, les polyacrylonitriles, les halogénures de polyvinylidène, les polymères à cristaux liquides et les polyoléfines.
7. 7. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la coque (2) interne et la coque (4) externe sont en des matériaux différents.
8. 8. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coquilles (31, 32) de la coque (2) interne sont disposées, à l’état préassemblé, à l’intérieur de la coque (4) externe.
9. 9. Réservoir (1) à carburant selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume intérieur de la coque (2) interne et le volume (7) de gaz séparant la coque (4) externe de la coque (2) interne sont isolés l’un de l’autre.
10. 10. Procédé de fabrication d’un réservoir (1) à carburant, caractérisé en ce que le réservoir (1) à carburant étant conforme à l’une des revendications 1 à 9, ledit procédé comprend une étape d’assemblage des coquilles (31, 32) de la coque (2) interne, une étape d’insertion de la coque (2) interne entre les coquilles (41, 42) de la coque (4) externe de sorte que la coque (2) interne est, sur au moins une partie de son pourtour, séparée de la coque (4) externe par un volume (7) de gaz.