FR3085631A1

FR3085631A1 - Element de connexion electrique pour un reservoir de vehicule automobile

Info

Publication number: FR3085631A1
Application number: FR1858145A
Authority: FR
Inventors: Stephane Leonard; Arthur RELAVE-NOIRAY; Rany Toun
Original assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: FR3085631B1

Abstract

L'élément de connexion électrique est pour un réservoir (2) de véhicule automobile, et configuré pour être rapporté dans un logement (21) de réception ménagé sur une paroi du réservoir, le logement (21) ayant un axe (A). L'élément de connexion comporte : - une extrémité intérieure (11) de réception d'un fil électrique et une extrémité extérieure (12) de réception d'un fil électrique, de façon à permettre une jonction électrique entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir, - une surface périphérique (13) présentant une zone d'étanchéité avec le logement (21) de réception, la zone d'étanchéité étant agencée de façon à ce qu'un joint d'étanchéité (4) périphérique soit comprimé entre la surface périphérique (13) de l'élément de connexion et le logement (21) de réception lorsque l'élément de connexion (1) est rapporté dans le logement (21) de réception, la compression du joint d'étanchéité (4) périphérique étant dans une direction sensiblement orthogonale à l'axe (A).

Description

Élément de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile

La présente invention concerne le domaine des réservoirs de véhicule automobile. L’invention concerne plus particulièrement un élément de connexion électrique pour un réservoir automobile.

Dans les réservoirs actuels, on trouve toutes sortes d’équipements électriques tels que des pompes, des capteurs, des valves, etc. Afin d’alimenter en électricité des équipements électriques logés dans un réservoir, on a besoin de faire passer de manière étanche des fils électriques à travers la paroi du réservoir. Un objectif de l’homme du métier est de réduire autant que possible l’encombrement dû au passage des fils électriques dans la paroi du réservoir, c’est-à-dire en prenant le moins de place possible sur la paroi du réservoir.

On connaît du document US2002092663 un raccord électrique vitrifié pour un réservoir de carburant comprenant un joint d’étanchéité pour verre isolant entourant une pluralité de broches conductrices. On connaît également du document US5170017, un connecteur pour faire passer des fils électriques isolés au travers d’une paroi d’un réservoir, le connecteur comprenant un joint torique (O-ring) disposé entre une surface du connecteur et la paroi et étant comprimé axialement, dans le sens du montage, lorsque le connecteur est monté sur la paroi d’un réservoir. Cette compression axiale est assurée grâce à des épaulements périphériques complémentaires disposés sur le connecteur et la paroi du réservoir.

L’invention a notamment pour objectif de fournir un élément de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile requérant une place minimale sur la paroi du réservoir, tout en assurant l’étanchéité de cette zone.

A cet effet, l’invention a pour objet un élément de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile, configuré pour être rapporté dans un logement de réception ménagé sur une paroi du réservoir, le logement ayant un axe (A), l'élément de connexion comportant :

- une extrémité intérieure de réception d'un fil électrique et une extrémité extérieure de réception d'un fil électrique, de façon à permettre une jonction électrique entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir,

- une surface périphérique présentant une zone d'étanchéité avec le logement de réception, la zone d’étanchéité étant agencée de façon à ce qu’un joint d'étanchéité périphérique soit comprimé entre la surface périphérique de l’élément de connexion et le logement de réception lorsque l'élément de connexion est rapporté dans le logement de réception, la compression du joint d’étanchéité périphérique étant dans une direction sensiblement orthogonale à l’axe (A).

En d’autres termes, on prévoit une compression radiale du joint entre la périphérie de l’élément de connexion et la paroi du réservoir, de sorte que cela requiert moins de place sur la paroi du réservoir que dans le cas d’une compression axiale. En d’autres termes, on procure un encombrement réduit sur la paroi du réservoir.

En outre, la compression radiale présente l’avantage d’être une compression dans une direction distincte de la direction de fixation de l’élément de connexion sur le réservoir, cette direction de fixation étant généralement axiale d’axe (A). Il en résulte que l’étanchéité est assurée de façon indépendante de la fixation et de l’intégration/assemblage de l’élément de connexion sur le réservoir. En particulier dans le cas d’un assemblage de l’élément de connexion par baïonnette, l’étanchéité radiale n’est pas impactée par le jeu dans la direction axiale nécessaire à l’assemblage, et est donc mieux assurée. On notera que la compression du joint d’étanchéité périphérique peut éventuellement avoir une composante axiale en outre de la composante radiale, comme cela peut être le cas lorsque la surface périphérique présentant la zone d'étanchéité est inclinée par rapport à l’axe (A) du logement. Néanmoins, on comprend dans ce cas que la composante radiale de la force de compression est d’intensité supérieure ou très supérieure à la composante axiale, par exemple plus de 10 fois supérieure, de préférence 50 fois supérieure, de préférence encore 200 fois supérieure.

De préférence, on entend par « axe du logement >> un axe orthogonal à la paroi du réservoir qui reçoit l’élément de connexion. L’élément de connexion a par ailleurs un axe, sensiblement confondu avec l’axe du logement lorsque l'élément de connexion est rapporté dans le logement de réception.

Le fil électrique reçu dans l’extrémité intérieure est généralement un fil électrique distinct de celui reçu dans l’extrémité extérieure, l’élément de connexion permettant une jonction entre les deux. En variante, les fils électriques peuvent être une partie intérieure et une partie extérieure d’un même fil électrique, auquel cas le fil électrique traverse en continu l’élément de connexion.

L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.

- La surface périphérique comporte une partie de forme annulaire d’axe (B) sur au moins une certaine hauteur pour la réception du joint d’étanchéité périphérique. Comme cette forme annulaire porte la zone d’étanchéité, cela permet d’assurer efficacement la compression radiale du joint d’étanchéité périphérique. Alternativement ou en combinaison, la surface périphérique pourrait avoir au moins partiellement une forme tronconique.

- L’élément de connexion comprend des moyens de fixation mécanique de l’élément de connexion sur la paroi du réservoir, les moyens de fixation assurant un assemblage de l’élément de connexion dans le logement de réception selon l’axe (A) , les moyens de fixation étant par exemple de type baïonnette. Ce type de fixation est particulièrement intéressant en termes de compacité et de simplicité de fixation. Une fois que l’élément de connexion est assemblé dans le logement de réception, les axes A et B sont donc confondus.

- Les moyens de fixation sont des moyens de clipsage. Ce type de fixation permet de réduire l’encombrement dû au passage des fils électrique sur le réservoir.

- Les moyens de fixation sont agencés sur l’extrémité intérieure de réception d'un fil électrique. Le fait d’avoir les moyens de fixation sur l’extrémité intérieure permet un assemblage de l’élément de connexion depuis l’intérieur du réservoir (ou d’une demi-coque de réservoir). Cela permet de réduire l’encombrement extérieur du réservoir, ainsi que les risques de désassemblage accidentel.

- L’élément de connexion est réalisé en matière plastique et présente une forme telle que l’élément de connexion est configuré pour être moulé au moyen d’un moule en deux parties ayant une direction de démoulage sensiblement parallèle à l’axe (B) de l’élément de connexion. On comprend que l’élément de connexion est ainsi configuré pour être démoulable « au naturel », donc avec un moule simple, sans ajouts de tiroirs qui pourraient générer une ligne de fermeture de moule sur la zone d’étanchéité de l’élément de connexion. Ainsi, on limite ou on s’affranchit de tiroirs ou parties additionnelles sur le moule, ce qui aboutit à une usure, un coût de moule et des risques de défaut diminués. Par exemple l’élément de connexion est réalisé dans un matériau comprenant du polyamide.

De ce fait, la ligne de moulage générée au niveau de la jonction entre les deux parties du moule est une ligne de révolution autour de l’axe (B) de l’élément de connexion et se distingue donc d’une ligne de moulage parallèle à l’axe (B) de l’élément de connexion. Ainsi, la ligne de moulage peut être en dehors de la zone d’étanchéité, ce qui est avantageux par rapport à une ligne de moulage axiale qui constitue une ligne de fuite lorsqu’elle croise la zone d’étanchéité.

On notera que l’élément de connexion proposé est particulièrement avantageux lorsqu’il comprend du polyamide, du fait que le polyamide est difficile à souder avec des matériaux de réservoir tels que du PEHD et doit donc s’intégrer par un autre processus (préférentiellement par contact mécanique) à la paroi du réservoir, alors que ce matériau a de bonnes propriétés face à des changements de température et assure ainsi une bonne tenue dimensionnelle de l’élément de connexion au cours de sa vie. Par ailleurs, le polyamide permet également l’injection de pièces fibrées (fibres de verre par exemple) sans créer des phénomènes de capillarité à l’urée. Les avantages immédiats sont des pièces de connexion plus stables encore à la température, mais également aux changements dimensionnels inhérents à l’immersion dans un fluide et à l’absorption d’humidité qui en résulte pour des matériaux polymères plastiques.

- L’élément de connexion présente au moins un passage de raccordement reliant l’extrémité extérieure et l’extrémité intérieure, le passage de raccordement étant destiné à recevoir un moyen de jonction électrique permettant de raccorder un fil électrique intérieur et un fil électrique extérieur. Ceci permet d’augmenter la résistance à l’arrachement en cas de tension exercée sur le fil intérieur, tout particulièrement en cas de gel du produit stocké dans le réservoir.

- Le ratio entre des sections traversées par les fils électriques et la surface totale de l’élément de connexion électrique est inférieur à 0,25.

L’invention a aussi pour objet un kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile comprenant :

- un élément de connexion électrique tel que décrit précédemment,

- un joint d’étanchéité périphérique, de préférence torique, monté sur la surface périphérique dans la zone d'étanchéité.

Le kit peut présenter l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :

- Le kit comprend un élément de connexion électrique tel que décrit précédemment et en outre :

* un fil électrique intérieur, * un fil électrique extérieur, * un moyen de jonction électrique, par exemple un sertissage, de préférence métallique, raccordant le fil électrique intérieur et le fil électrique extérieur, le moyen de jonction électrique étant agencé dans le passage de raccordement.

* un joint d’étanchéité intérieur, agencé entre le moyen de jonction électrique et l’élément de connexion.

- Le moyen de jonction est assemblé à l’élément de connexion par emmanchement dans le passage de raccordement.

Le passage de raccordement délimite un espace avec le moyen de jonction pour recevoir une garniture d’étanchéité isolant le moyen de jonction par rapport à l’intérieur ou l’extérieur du réservoir.

Cette garniture d’étanchéité apporte de la flexibilité sur le déplacement admissible du fil sans perte d’étanchéité, une meilleure tolérance au déplacement avant son arrachement, ce qui est particulièrement avantageux en cas de tension ou de déplacement du fil généré par une expansion ou une rétraction du produit contenu dans le réservoir lors de son changement d’état.

- Le kit comprend une prise électrique reliée à un fil électrique extérieur et un organe électrique relié au fil électrique intérieur, par exemple un élément chauffant.

Ainsi, on peut déporter la prise électrique et donc réduire l’espace requis pour assurer la connexion à l’alimentation autour de l’interface de passage des fils, et assurer une meilleure liberté de positionnement de l’interface sur la paroi du réservoir d’une part et de localisation et/ou orientation du connecteur électrique d’autre part.

- Le joint d’étanchéité périphérique et/ou le joint d’étanchéité intérieur est réalisé dans un matériau choisi dans le groupe comprenant de l’EPDM (Éthylène propylène), du Fluorocarbone, et du Nitrile. D’autres matériaux sont envisageables.

L’invention a par ailleurs pour objet un réservoir de véhicule automobile destiné à contenir un liquide ou un gaz comprenant le kit de connexion électrique tel que décrit précédemment, en particulier un réservoir pour injection d’eau ou pour solution d’urée.

De préférence, le ratio entre la section totale de quatre passages de raccordement et la section transversale du logement de réception est compris entre 0,04 et 0,08.

Avantageusement, le logement de réception est venu de matière avec le réservoir.

L’invention a enfin pour objet un véhicule automobile comprenant un réservoir tel que décrit précédemment.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en perspective d’une demi-coque de réservoir équipée d’un élément de connexion électrique ;

- la figure 2 est une vue en perspective de l’élément de connexion électrique de la figure 1 lorsqu’il est monté dans un logement de réception sur une paroi du réservoir ;

- la figure 3 est une vue schématique d’un kit de connexion électrique lorsqu’il est monté dans le logement de réception ;

- la figure 4 est une vue en coupe du kit de connexion électrique de la figure 3 lorsqu’il est monté dans le logement de réception ;

- la figure 5 est une vue en perspective et partiellement coupée d’un kit de connexion électrique selon une variante de réalisation ;

- la figure 6 est une vue schématique illustrant les dimensions d’un élément de connexion connu, par exemple tel que décrit dans le document US5170017 ;

- la figure 7 est une vue schématique de l’élément de connexion selon l’invention.

Un réservoir de véhicule automobile destiné à contenir un liquide ou un gaz, tel que représenté sur la figure 1 et désigné par la référence 2, est selon ce mode de réalisation constitué de deux demi-coques dont une demi-coque supérieure (non représentée) et une demi-coque inférieure 24. Selon un mode de réalisation particulier, il s’agit d’un réservoir pour injection d’eau ou pour solution d’urée. La demi-coque inférieure 24 comprend une paroi 20 plate qui constitue ici le fond du réservoir 20. Un organe électrique, dans cet exemple un élément chauffant 22, est disposé sur la paroi 20 pour chauffer le liquide contenu dans le réservoir 2. L’élément chauffant 22 est alimenté en électricité au moyen d’une prise électrique 10 qui est agencée à l’extérieur du réservoir

2. L’élément chauffant 22 et la prise électrique 10 sont reliés par des fils électriques. Notamment, l’élément chauffant 22 est relié à des fils intérieurs 31, 31’ et la prise électrique est reliée à des fils électriques extérieurs 32, 32’. Afin de permettre une jonction électrique entre les fils électrique intérieurs 31, 31’ et les fils électriques extérieurs 32, 32’, un élément de connexion 1 qui sera décrit plus loin est disposé sur la paroi 20 du réservoir 2. Tel que visible aux figures 1 à 3, la paroi 20 présente une ouverture 25 sensiblement circulaire. Un logement 21 de réception est ménagé sur la paroi 20 au niveau de l’ouverture 25. Le Logement 21 comprend une base protubérante vers l’intérieur du réservoir 20, la base ayant une forme généralement cylindrique ayant un axe (A) et présentant des cavités 23. L’axe (A) est par ailleurs sensiblement orthogonal à la paroi 20 du réservoir 2. En variante, les moyens de fixation 15 sont des moyens de clipsage, le clipsage étant à entendre comme des moyens d’encliquetage actionnés par un simple mouvement de montage axial.

L’élément de connexion 1 électrique tel qu’illustré aux figures 2 à 4 a généralement une forme cylindrique d’axe (B) et comprend une extrémité intérieure 11 de réception d’un fil électrique et une extrémité extérieure 12 de réception d’un fil électrique. L’élément de connexion 1 est sensiblement constitué de deux parois cylindriques dont une paroi intérieure 110 et une paroi extérieure 120 dont le diamètre est inférieur à celui de la paroi intérieure 110. Les volumes définis par chacune des deux parois cylindriques sont séparés par une paroi de séparation transversale 18.

L’élément de connexion 1 comprend, sur l’extrémité intérieure 11, des moyens de fixation 15 mécanique de l’élément de connexion 1 sur la paroi 20 du réservoir 2. Les moyens de fixation 15 comprennent une série d’ergots 15, s’étendant depuis la paroi intérieure 110, qui sont destinés à coopérer avec les cavités 23 du logement 21 de réception pour former une fixation de type baïonnette.

L’élément de connexion 1 comprend en outre sur la paroi extérieure 120 une surface périphérique 13 destinée à recevoir un joint d’étanchéité 4 périphérique qui est de préférence un joint torique (également appelé « O-ring »). Le joint d’étanchéité 4 est destiné à être comprimé entre la surface périphérique 13 de l’élément de connexion 1 et le logement 21 de réception lorsque l'élément de connexion 1 est rapporté dans le logement 21 de réception. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, la compression du joint d’étanchéité 4 est dans une direction sensiblement orthogonale à l’axe (A). Une zone d’étanchéité 14 est formée par le joint d’étanchéité 4 en état comprimé.

Tel que visible plus précisément sur la variante de la figure 5, l’élément de connexion 1 présente deux passages de raccordement 16, 17 reliant l’extrémité extérieure 12 et l’extrémité intérieure 11, chaque passage de raccordement 16, 17 étant supporté par la paroi de séparation transversale 18. Ces passages de raccordement 16, 17 ont chacun une forme cylindrique permettant de recevoir un moyen de jonction 5 électrique qui est lui aussi sensiblement cylindrique. Le moyen de jonction 5 est dans cet exemple une pièce métallique présentant sur chaque extrémité un logement de raccordement destiné à recevoir l’un le fil intérieur 31 et l’autre le fil extérieur 32 afin de faire passer le courant électrique du fil extérieur 32 au fil intérieur 31. Le moyen de jonction 5 est assemblé à l’élément de connexion 1 par emmanchement dans le passage de raccordement 16, 17.

Comme illustré par la figure 5, afin d’assurer l’étanchéité de raccordement électrique, le moyen de jonction 5 présente une rainure périphérique destiné à recevoir un joint d’étanchéité intérieur 7 qui est disposé et comprimé radialement entre le moyen de jonction 5 électrique et l’élément de connexion 1. Par ailleurs, le passage de raccordement 16,17 délimite un espace 81,82 avec le moyen de jonction 5 pour recevoir une garniture d’étanchéité 91, 92 isolant le moyen de jonction 5 par rapport à l’intérieur ou l’extérieur du réservoir 2.

De préférence, l’élément de connexion 1 est réalisé en matière plastique, notamment en un matériau comprenant du polyamide. Le joint d’étanchéité 4 périphérique ainsi que le joint d’étanchéité intérieur 7 peuvent être réalisés en EPDM (Éthylène propylène), Fluorocarbone, Nitrile ou autre.

Lors du montage de l’élément de connexion 1 sur la paroi 20 du réservoir 2, un kit de connexion électrique peut être fourni et préassemblé. Le kit peut contenir l’élément de connexion 1 électrique tel que décrit précédemment et un joint d’étanchéité 4 périphérique monté sur l’élément de connexion 1. Selon une option, le kit peut contenir, en plus, les fils extérieur 32 et intérieur 31 reliés par le moyen de jonction 5 électrique et le joint d’étanchéité intérieur 7 monté entre le moyen de jonction 5 et l’élément de connexion 1. Selon encore une autre option, le kit peut contenir un élément de connexion 1 dans lequel les espaces délimités par les passages de raccordement 16,17 et l’élément de connexion sont remplis de garniture d’étanchéité. Enfin, selon encore une autre option, un kit « complet » peut comprendre, en plus, la prise électrique 10 reliée aux fils électriques extérieurs 32 et l’organe électrique 22 relié aux fils électrique intérieurs 31.

Pour assembler le kit dit « complet » sur la paroi 20 du réservoir 2 :

- la prise électrique 10 est d’abord introduite dans l’ouverture 25 pour passer de l’intérieur du réservoir 2 à l’extérieur du réservoir ;

- l’élément de connexion 1 est manipulé/translaté de façon à amener la prise électrique 10 davantage à l’extérieur du réservoir jusqu’à ce que l’élément de connexion arrive au niveau du logement 21 de réception, de sorte que l’extrémité extérieure 12 de l’élément de connexion 1 se présente face à l’extrémité intérieure du logement 21 ;

- on vient insérer l’élément de connexion 1 dans une direction axiale selon l’axe (A) en mettant sa paroi extérieure 120 dans la base du logement 21, les ergots 15 étant positionnés avec un décalage par rapport aux cavités 23 du logement 21. Le joint d’étanchéité 4 périphérique se trouve comprimé radialement pendant l’insertion de la paroi extérieure 120 ;

- on tourne ensuite l’élément de connexion 1 autour de l’axe (A) pour que les crochets 15 s’encliquettent dans les cavités 23 par un mécanisme de baïonnette, pour fixer l’élément de connexion 1 dans le logement 21 ;

- l’organe électrique 22 est ensuite positionné et fixé sur la paroi 20 du réservoir.

Une étude a été réalisée afin de comparer l’élément de connexion de la présente invention et un élément de connexion connu, par exemple tel que décrit dans le document US5170017, en termes de compacité et d’efficacité de l’utilisation de l’espace nécessaire pour la connexion de fils. L’étude est présentée comme suit.

Le but est de démontrer les différences entre un élément de connexion de l’état de la technique et celui qui est présentée dans la présente demande de brevet.

Une étude formelle des divergences et des avantages de chaque configuration est faite, se fondant principalement sur la compacité que chaque solution peut atteindre.

Pour commencer, les deux solutions ont été schématisées afin de définir les paramètres de travail sur les configurations et d’appliquer à ces derniers la gamme de dimensions que l’homme de métier jugerait opportun et pertinent.

Présentation de l’élément de connexion antérieur et définition des paramètres, tel que celui du document US5170017, en référence à la figure 6 :

Rcf : distance de dégagement (au regard du rayon) entre deux géométries permettant le passage des fils électriques (design imposé par le processus d’injection de la pièce afin d’éviter des surépaisseurs, chaque géométrie de passage doit être séparée l’une de l’autre). Rcf évaluée ici entre 1,5 et 3 mm.

ei : une épaisseur de plastique considérée pertinente pour une pièce injectée avec cette fonctionnalité.

Rfi : le rayon de trou de passage nécessaire pour passer un câble d’alimentation électrique d’une gamme de section considérée pour cette configuration et cette étude.

Rb : le dégagement nécessaire (au regard du rayon de l’interface) pour obtenir un verrouillage de type baïonnette et assurer le verrouillage de l’interface et son ancrage mécanique sur la paroi du réservoir. Rb estimé entre 2 et 4 mm.

Rg : épaisseur de plastique cohérente, nécessaire à la formation d’une gorge de joint dimensionnellement stable et résistante à l’extrusion du joint sous pression. Rg est comprise entre 2 et 3 mm pour cette étude.

Gw : largeur de la gorge de joint. Elle dépend des dimensions du joint (au moins sa limite inférieure), et est considérée comme étant la même dans la configuration de l’état de la technique et selon l’invention par souci de cohérence. La largeur de la gorge est supérieure à la profondeur de la gorge (intrinsèque à la compression du joint).

RO : la dimension de l’épaulement nécessaire à un chevauchement entre l’élément de connexion électrique et la contre forme sur le réservoir du document US5170017. Il permet de fermer la gorge de joint et d’avoir une géométrie commune de gorge de joint, ce qui est d’ailleurs présenté dans la figure du document US5170017.

a : la dimension du tore du joint torique (section), considérée pour l’étude entre 2,2 et 4 mm. Le diamètre intérieur minimum pris en compte peut être justifié par les tolérances dimensionnelles pouvant être obtenues avec du plastique injectable. Ces dernières devant être combinées avec la nécessité de limiter la tension dans le joint au montage à 5 % d’étirement dans le joint. Avec un diamètre minimum de gorge de plus de 24 mm pour l’état de la technique ou selon l’invention, et des tolérances d’injection de 0,15 mm pour de telles dimensions à des prix raisonnables, l’hypothèse conservée est pertinente pour l’homme de métier.

Rus : rayon total de l’élément de connexion électrique comme illustré dans le document US5170017.

R’us : rayon total de l’interface de l’élément de connexion en tenant compte de la géométrie de la contre forme sur l’intérieur du réservoir.

Présentation de l’élément de connexion selon l’invention, en référence à la figure 7 :

Rcw : dimension du dégagement (au niveau du rayon de l’interface) entre deux épaisseurs de plastique injecté. Le processus d’injection permet de descendre jusqu’à des dimensions de l’ordre de 1,5 à 3 mm selon la matière et les rigidités requises.

ew : épaisseurs injectées, entre 1,5 et 2 mm pour l’étude.

Gd : profondeur de la gorge de joint.

Rpo : rayon total de l’élément de connexion électrique selon l’invention.

R’po : rayon total de l’assemblage de l’élément de connexion électrique en prenant en compte les contre forme nécessaires au verrouillage de l’élément de connexion électrique sur la paroi du réservoir.

Équations et comparaison des rayons des éléments de connexion électriques et de l’encombrement total des assemblages sur le réservoir

On considère de manière générale (pour la gamme de dimensions de tore de joint torique considérée ici) que la largeur de la gorge est 1,8 fois plus grande que la profondeur de la gorge du même joint.

Rpo=Rcf+2*ei+2*Rfi+Rcw+ew+Gd

Rus=Rcf+2*ei+2*Rfi+Rb+Rg+Gw

Si l’on compare les deux rayons, on obtient en simplifiant ce qui suit :

Rus _> (2 + 2 + 1.8*00 _> 7.96 _χ

Rpo (3 + 2 +a) 7

Ainsi, le rayon de l’élément de connexion électrique de l’invention est dans le pire des cas (sous réserve du respect des hypothèses établies plus haut) plus petit que le rayon de l’élément de connexion électrique de l’art antérieur.

Comparons à présent l’encombrement total des deux configurations sur la paroi du réservoir.

Concernant l’élément de connexion selon l’invention, on considère ce qui suit :

a) si l’interface de l’invention est intégrée au réservoir par le biais d’une fixation de type baïonnette

R'po = Rpo + ew + Rb

Dans ce cas, Rb est la même pour les configurations du document US5170017 et selon l’invention par souci de cohérence et s’interprète comme le dégagement ou l’espace radial nécessaire à l’implantation d’une fixation à baïonnette pour assembler l’élément de connexion électrique au réservoir.

b) si l’interface de l’invention est ancrée sur le réservoir par le biais d’une fixation par clipsage

R'po = Rpo + ew

Concernant l’élément de connexion de l’art antérieur, on considère :

R'us = Rus + Rg

Il y a donc deux cas d’étude à comparer ici :

a) un ratio entre le rayon de l’encombrement total de l’élément de connexion électrique à verrouillage par baïonnette selon l’invention et l’encombrement de l’élément de connexion électrique de l’état de la technique.

b) un ratio entre le rayon de l’encombrement total de l’élément de connexion électrique à verrouillage par clipsage selon l’invention et l’encombrement de l’état de la technique.

a) Cas d’un élément de connexion électrique fixé par baïonnette

Rus + Rg

Rpo + Rb + ew

On considère que Rus et Rpo sont au moins dix fois supérieures aux dimensions Rg, Rb et ew, de façon à pouvoir effectuer un développement linéaire de la fraction à évaluer et construire une inéquation qui soit mesurable aux imprécisions de calculs près (imprécisions minimes car c’est une hypothèse nécessaire au développement linéaire). Cela permet de simplifier la fraction pour approximer le ratio précédent.

Le développement au 1^er ordre de la fraction donne ce qui suit :

Rus + rg Rus Rg , „ Rb + ew_x Rus Rg-Rb-ew

--------- ---«----* (1 + —?-) * (1--) «----* (1 + —---------Rpo + Rb + ew Rpo Rus Rpo Rpo Rpo

De plus, si l’on considère que Rb et ew sont réduits à leur minimum, de même que Rg (considéré comme pertinent dans le cadre d’une optimisation de configuration de l’art antérieur et de l’invention), alors le dernier terme de l’équation ci-dessus est approximé par :

1-2/ /Rpo

De plus, Rpo est considérée supérieure à 15 mm (la section de câble et l’épaisseur matière minimum ne permettent pas de faire mieux avec les configurations considérées dans cette étude).

Pour finir, les rayons de l’encombrement des éléments de connexion électrique dans le pire des scénarios répondent à l’inéquation ci-dessous :

^R'^US >0.9*^RuS

R' po Rpo

- 0.9 *7.9^/^ 1.023

Ainsi, l’encombrement dans l’état de la technique pourrait être dans le cas d’un verrouillage par baïonnette légèrement moins performant que l’invention en termes de compacité, tout en requérant des tolérances dimensionnelles d’injection particulièrement précises, du fait que dans l’état de la technique, des tolérances sur les jeux nécessaires pour la fixation de l’élément de connexion sur le réservoir peuvent avoir un impact considérable sur l’étanchéité du joint d’étanchéité, à la différence de la présente invention. En outre, ce besoin de dimensionnement très précis des pièces génère des risques plus élevés sur la qualité des pièces et leur évolution au cours des années de production, tout en étant plus onéreuses.

Seulement le paramètre Rus/Rpo intervient jusqu’à la fin du calcul et dépend lui-même de la section de joint utilisée pour l’étude (voir plus haut l’apparition du paramètre a).

Toutefois, pour un joint torique de diamètre de tore de minimum 2,2 mm (considéré comme pertinent au vu des diamètres d’interface d’étude, des tolérances dimensionnelles inhérentes au processus d’injection des pièces), la configuration de l’invention devient bien meilleure que celle du document US5170017.

Rus

Rpo

Rg - ew Rpo

b) Cas d’un élément de connexion électrique fixé par clipsage sur le réservoir

Avec un développement linéaire au premier ordre :

R'us _> Rus + Rg ~ Rus Rg Ί*| 1 ^eW

R' po Rpo + ew Rpo v Rus ) Rpo

On a estimé depuis le début ew<Rg cohérent pour des sections de joint supérieures à 2 mm² (le cas dans cette étude).

De plus, Il a déjà été montré dans ce document que Rus>Rpo dans tous les cas. Ainsi, il en résulte que l’encombrement (comprendre le rayon de l’élément de connexion électrique lorsque intégré au réservoir) de la configuration de la présente invention est en tout cas meilleur (plus compact) que celui illustré dans le document US5170017.

Évaluation de l’efficacité de l’utilisation de la section de la configuration de l’invention

L’indicateur suivant sera utilisé pour évaluer l’efficacité d’utilisation de la section de l’interface sur la paroi du réservoir. C’est le ratio entre la surface totale de l’élément de connexion électrique et des sections traversées par les fils électriques ici.

Par étude du schéma de la figure 7, il vient :

Indicator---—

TtRpo

Comme définit dans l’équation 1 de ce document, Rpo peut être minimisé en considérant Rcf comme très petit (presque pas d’espace entre chaque trou de passage des fils) et en estimant ei très petit aussi (paroi de conduite des fils très fines).

A l’extrême on pourrait envisager :

^Rpo^ 2 * Rfi + _WnÉ1,. + Rcw^ _{

Si on estime les câbles comme étant au minimum de rayon 1 mm (correspondant à une section totale d’environ 3 mm²), l’intensité promise en fonctionnement continu serait supérieure à 20 A, ce qui donne une puissance totale atteignable de 240 W (cohérent avec les besoins de l’invention et des utilisations automobiles classiques de moyenne puissance).

Par ailleurs, commençons avec ew étant au minimum égal à 1 mm.

Ainsi :

^RPo_mmi >2*Rfi+ 2

Il en résulte que l’efficacité d’utilisation de la surface ne peut être inférieure à 1/8 ni supérieure à 1 par cette approche théorique.

Toutefois, on peut tenir compte de dimensions plus pertinentes afin d’affiner un peu la gamme de valeurs atteignables en terme d’efficacité.

On commence par considérer le passage de quatre fils dans le même diamètre que pour le passage de deux fils, ce qui est immédiat au regard des images du document US5170017 et du schéma de la figure 7 pour l’invention.

Par suite :

Indicator^ <

4* Rfi² (Rcf + 2Rfi)²

Avec les hypothèses ci-dessous :

Rfi>1

Rcf>2

Il vient :

lndicator₂<1/4.

Pour conclure, l’efficacité d’utilisation de surface est inférieure à 0,25 dans le cadre de cette étude, et avec des hypothèses plus pertinentes.

Efficacité des sections entre le passage des fils et soit 1) la section de l’ouverture de passage principal (passage de raccordement) dans le réservoir pour l’élément de connexion électrique, soit 2) la section de l’encombrement (logement de réception 21) sur le réservoir

Comparons l’efficacité de l’interface au regard du ratio des sections de câbles passant à travers le réservoir par la section de l’ouverture principale effectuée dans le réservoir.

On considère les hypothèses ci-dessous comme un cas d’utilisation réel :

-Rfi =1,5 mm

De par la limitation à 20 A de l’intensité en continu à bord du véhicule pour cette application, la section de câble est justifiée.

-ew=1,5 mm

-Rcw=1 mm

-Rb=3 mm

-Rcf=1,5

-ei=1,5

L’application au passage de quatre câbles donne :

⁴*‘^yi = 4 *--------------------- = 0.0816

Shus (Rcf + 2* ei + 2* Rfi + Rb)² * ₌ 4 *_____________________________= 0.09

Shpo (Rcf + 2* ei + 2*Rfi + Rcw + ewf

Il y aurait donc ici 10% de gain à l’efficacité spatiale de l’espace nécessaire sur le réservoir grâce à l’invention, sachant que cette différence d’efficacité augmente avec l’utilisation d’un joint plus grand.

Toutefois, il convient de noter que cet indicateur est un indicateur parmi d’autres pour évaluer l'efficacité de l'utilisation de l'espace dans le réservoir.

Notons qu’un intérêt important de l’invention réside dans la réduction de l’encombrement total de l’élément de connexion électrique sur la paroi du réservoir et non uniquement l'espace nécessaire pour passer les fils électriques.

Cette efficacité est évaluée ci-dessous, en prenant comme référence la section de l’encombrement total sur le réservoir de l’élément de connexion électrique (Rg=2,5 mm, O-ring section 3,5 mm, R0=2mm).

. Sfl .. Rfi² 4*2.25

4—---= 4 * ------------------------------------— =------= 0.027

Sftpt^ (Rcf + 2*ei + 2*Rfi + Rg + Rb + 1.8*a + R0) 334.89 * ______________₌ 0.055

Sftpt_P0 (Rcf + ei + 2 * Rfi 4- 2?^ + 0.8 * or 4- ew)

On considère pour cette dernière équation la figure 7 avec une prise en compte de la compression du joint quand l’élément de connexion électrique est implanté sur le réservoir.

Ainsi, avec cet indicateur-là, l’efficacité spatiale de l’invention est deux fois plus grande que celle du document US5170017.

Dans tous les cas, l’élément de connexion proposé requiert moins de place et procure un encombrement réduit sur la paroi du réservoir par rapport au cas d’une compression axiale du joint d’étanchéité.

L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation présentée et d’autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l’homme du métier. Par exemple, d’autres moyens de fixation que la baïonnette pourraient être utilisés, comme par exemple l’encliquetage ou le vissage. Par ailleurs, on comprend que l’élément chauffant peut être remplacé par tout autre organe électrique.

Claims

Revendications

1. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile, configuré pour être rapporté dans un logement (21) de réception ménagé sur une paroi (20) du réservoir (2), le logement (21) ayant un axe (A), caractérisé en ce que l'élément de connexion (1) comporte :

- une extrémité intérieure (11) de réception d'un fil électrique et une extrémité extérieure (12) de réception d'un fil électrique, de façon à permettre une jonction électrique entre l'intérieur et l'extérieur du réservoir (2),

- une surface périphérique (13) présentant une zone d'étanchéité (14) avec le logement (21 ) de réception, la zone d’étanchéité (14) étant agencée de façon à ce qu’un joint d'étanchéité (4) périphérique soit comprimé entre la surface périphérique (13) de l’élément de connexion (1) et le logement (21) de réception lorsque l'élément de connexion (1) est rapporté dans le logement (21) de réception, la compression du joint d’étanchéité (4) périphérique étant dans une direction sensiblement orthogonale à l’axe (A).
2. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel la surface périphérique (13) comporte une partie de forme annulaire d’un axe (B) sur au moins une certaine hauteur pour la réception du joint d’étanchéité (4).
3. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de fixation (15) mécanique de l’élément de connexion (1) sur la paroi (20) du réservoir (2), les moyens de fixation (15) assurant un assemblage de l’élément de connexion (1) dans le logement (21) de réception selon l’axe (A), les moyens de fixation (15) étant par exemple de type baïonnette.
4. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de fixation (15) sont des moyens de clipsage.
5. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les moyens de fixation (15) sont agencés sur l’extrémité intérieure (11) de réception d'un fil électrique.
6. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, réalisé en matière plastique et présentant une forme cylindrique d’axe (B) telle que l’élément de connexion (1) est configuré pour être moulé au moyen d’un moule en deux parties ayant une direction de démoulage sensiblement parallèle à l’axe (B) de l’élément de connexion (1).
7. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, présentant au moins un passage de raccordement (16, 17) reliant l’extrémité extérieure (12) et l’extrémité intérieure (11), le passage de raccordement (16, 17) étant destiné à recevoir un moyen de jonction (5) électrique permettant de raccorder un fil électrique intérieur (31) et un fil électrique extérieur (32).
8. Élément de connexion (1) électrique pour un réservoir (2) de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ratio entre des sections traversées par les fils électriques et la surface totale de l’élément de connexion électrique est inférieur à 0,25.
9. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile comprenant :

- un élément de connexion (1) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes,

- un joint d’étanchéité (4) périphérique, de préférence torique, monté sur la surface périphérique (13) dans la zone d'étanchéité (14).
10. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile selon la revendication précédente, comprenant un élément de connexion (1) électrique selon la revendication 7 et en outre

- un fil électrique intérieur (31),

- un fil électrique extérieur (32),

- un moyen de jonction (5) électrique, par exemple un sertissage, de préférence métallique, raccordant le fil électrique intérieur (31) et le fil électrique extérieur (32), le moyen de jonction (5) électrique étant agencé dans le passage de raccordement (16, 17).

- un joint d’étanchéité intérieur (7), agencé entre le moyen de jonction (5) électrique et l’élément de connexion (1).
11. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile selon la revendication précédente dans lequel le moyen de jonction (5) est assemblé à l’élément de connexion (1) par emmanchement dans le passage de raccordement (16, 17).
12. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le passage de raccordement (16, 17) délimite un espace (81, 82) avec le moyen de jonction (5) pour recevoir une garniture d’étanchéité (91,92) isolant le moyen de jonction (5) par rapport à l’intérieur ou l’extérieur du réservoir.
13. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, comprenant une prise électrique (10) reliée à un fil électrique extérieur (32) et un organe électrique (22) relié au fil électrique intérieur (31), par exemple un élément chauffant.
14. Kit de connexion électrique pour un réservoir de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel le joint d’étanchéité (4) périphérique et/ou le joint d’étanchéité intérieur (7) est réalisé dans un matériau choisi dans le groupe comprenant de l’EPDM (Éthylène propylène), du Fluorocarbone, et du Nitrile.
15. Réservoir de véhicule automobile destiné à contenir un liquide ou un gaz comprenant le kit de connexion électrique selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, en particulier réservoir pour injection d’eau ou pour solution d’urée.
16. Réservoir de véhicule automobile selon la revendication précédente, dans lequel le ratio entre la section totale de quatre passages de raccordement et la section transversale du logement (21) de réception est compris entre 0,04 et 0,08.
17. Réservoir de véhicule automobile selon la revendication 15 ou 16, dans lequel le logement (21) de réception est venu de matière avec le réservoir (2).
18. Véhicule automobile comprenant un réservoir selon la revendication précédente.