Systèmes à carburant et réservoirs plastique

Systèmes à carburant en plastique

Plastic Omnium, grâce à sa division Auto Inergy, est le premier fabricant de systèmes à carburant en plastique à avoir utilisé des techniques d'extrusion-soufflage. Ce procédé permet la fabrication d'une pièce en plastique creuse de forme complexe en une seule et unique opération.

Il s'agit de la technologie la plus utilisée pour la production de réservoirs à carburant automobiles depuis plus de 20 ans. Aujourd'hui, plus de 70 % des véhicules nouvellement produits dans le monde sont équipés d'un système à carburant en plastique.

Systèmes à carburant en plastique

 

Systèmes à carburant multicouches

 

Systèmes à carburant PZEV

 

TSBM

 

Systèmes à carburant pour véhicules hybrides

 

Tubulures de remplissage en plastique

 

INBAFFLE

 

Utiliser l’extrusion-soufflage pour les systèmes à carburant en plastique réalise un équilibre parfait entre sécurité, poids et coûts, permettant :

  • Réduction du poids de 30 % en moyenne comparé à un réservoir similaire en acier, d’où économies de carburant et réduction des émissions de CO2.
  • Durabilité et compatibilité avec les biocarburants : le polyéthylène haute densité (PEHD) utilisé pour les systèmes à carburant résiste à la corrosion sans nécessiter de revêtement spécifique, d’où leur compatibilité avec tous les types de biocarburants. Il permet de dissiper les charges électrostatiques. Plusieurs études ont aussi démontré sa supériorité en termes d'analyse du cycle de vie.
  • Liberté de conception, encombrement réduit : grâce à la flexibilité de ce matériau, les systèmes à carburant en plastique s'intègrent parfaitement à l’architecture véhicule, tout en optimisant la capacité de stockage en carburant.
  • Atténuation du bruit : les propriétés intrinsèques isolantes du plastique permettent de réduire le bruit et d'offrir des solutions innovantes efficaces pour maîtriser le comportement du carburant et atténuer les bruits de clapot.
  • Faible perméabilité : l’utilisation du plastique permet des structures multicouches et l'intégration de composants fonctionnels, combinée à des innovations en matière de process visant à réduire la perméabilité du système.
  • Résistance à la collision, grâce à des performances avancées en matière d'absorption des chocs et de résistance au feu.
  • Compatibilité avec les véhicules hybrides : offrant une liberté de conception et des possibilités d'intégration avancées, les systèmes à carburant en plastique sont entièrement compatibles avec les motorisations hybrides, moyennant des ajustements mineurs de certains composants.
  • + Performance-coût : l’utilisation du plastique permet de combiner flexibilité de conception et de fabrication, formes complexes et optimisation de la quantité de matière nécessaire, résistances chimique et mécanique. Le plastique est également travaillé à des températures plus basses que l’acier.

Depuis son introduction dans des applications de systèmes à carburant, le plastique a permis d'obtenir des performances supérieures à celles des autres matériaux.

Membre de PlasFuelSys


En tant qu’acteur global de la production de pièces automobiles en plastique, Plastic Omnium est membre de PlasFuelSys, association européenne des développeurs et producteurs de systèmes à carburant en plastique en Europe. PlasFuelSys est un panel de professionnels d’horizons variés, qui informe les gouvernements et citoyens sur les avantages du plastique pour les systèmes à carburant. PlasFuelSys fait partie de l’EUPC (European Plastics Converters) basé à Bruxelles, Belgique.

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Pour réduire le niveau de perméabilité et répondre aux normes PZEV, LEV II ou japonaises, nous avons développé des systèmes à carburant multicouches. Ce procédé de fabrication, dénommé extrusion multicouches ou co-extrusion (COEX), est spécifiquement utilisé pour la production d’une enveloppe de réservoir dotée d'une couche barrière limitant les émissions de vapeurs d'hydrocarbures dans l'atmosphère.

La co-extrusion permet par conséquent de satisfaire aux exigences croissantes des normes environnementales en matière d'émissions d'hydrocarbures.

Elle consiste à extruder une paraison composée de plusieurs couches de matériaux différents aux propriétés complémentaires. Une tête d’extrusion distincte est utilisée pour chaque matériau : les différentes couches se forment ainsi dans la tête de l'extrudeuse.

Chaque couche de matériau joue un rôle spécifique :

  • Le PEHD extérieur vierge permet la soudure des composants, assure une protection UV et offre des propriétés conductrices lorsqu’il est utilisé pour des tubulures de remplissage.
  • Le rebroyé est constitué des excédents de matériau générés lors du process de fabrication.
  • Les adhésifs intérieur et extérieur garantissent la cohésion de la structure et la compatibilité entre le rebroyé et l’EVOH (éthylène alcool de vinyle).
  • La barrière EVOH assure la performance-perméabilité.
  • Le PEHD intérieur vierge garantit la résistance mécanique, et offre des propriétés conductrices lorsqu’il est utilisé pour des tubulures de remplissage.



Une couche d’EVOH, associée à un adhésif afin d’assurer la cohésion du matériau, est introduite entre les couches de PEHD. L'EVOH est la matière à effet barrière contre les émissions d'hydrocarbures. Il n'adhère pas au polyéthylène, une couche intermédiaire est donc nécessaire pour éviter le délaminage des couches : c’est l’adhésif.

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Le nombre croissant de véhicules en Amérique du Nord concernés par les réglementations environnementales, comme la norme PZEV, et la demande grandissante des utilisateurs finaux en matière de véhicules non polluants accélèrent la course à la conception et à la fabrication de solutions respectueuses de l'environnement et performantes économiquement.

Actuellement, les véhicules vendus aux États-Unis doivent se conformer aux normes « Tier 2/LEV II » concernant les émissions par évaporation pour les hydrocarbures. Ces normes, qui limitent les émissions par évaporation à 0,5 g/jour, sont les normes les plus strictes au monde.

Confronté à un niveau élevé de pollution, le California Air Resources Board (CARB) a durci sa politique environnementale pour promouvoir la fabrication de Véhicules à Emission Zéro (ZEV), obligeant les constructeurs à proposer des véhicules technologiquement avancés au niveau de pollution significativement réduit.

Parmi ces véhicules se trouvent les Véhicules à Emissions quasi nulles (PZEV), dont le faible degré d’impact environnemental est proche de celui des véhicules hybrides électriques. Les émissions par évaporation des systèmes à carburant des véhicules PZEV sont limitées à 0,054 g/par jour, soit moins de 10 % de la limite imposée par Tier 2/LEV II.

La réglementation PZEV ne s’applique qu’à une partie des véhicules vendus en Californie et dans quelques autres États du pays, ce qui en limite le volume de production. Notre défi a donc consisté à proposer des solutions adaptées à ces faibles volumes.

Grâce à son process PZEV, Plastic Omnium offre à ses clients la possibilité d'adapter les systèmes à carburant conventionnels en systèmes à carburant PZEV, avec très peu de changements sur la ligne de production.

Depuis 2006, Plastic Omnium a équipé plus de 340 000 véhicules PZEV aux États-Unis.

Plusieurs innovations de process permettent de réduire la perméabilité des différents composants ou zones des systèmes à carburant pour le rendre PZEV :


INFILM, un film multicouche soudé au laser sur les composants du système à carburant, qui réduit les zones de perméabilité.

INPINCH, un pincement formé pendant le soufflage, qui réduit par 4 les émissions induites par la zone du plan de joint.

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TSBM signifie Twin Sheet Blow-Molding, ou moulage par soufflage double feuilles. Ce procédé breveté par Plastic Omnium associe les avantages des procédés en demi-coquille et le moulage par soufflage. Il permet de fabriquer des systèmes à carburant en une seule étape avec intégration simultanée de divers composant fonctionnels, quand un procédé traditionnel d’extrusion soufflage nécessite des opérations de soudure pour le montage des composants externes.

Grâce à ce nouveau procédé, Plastic Omnium est en mesure de proposer des produits encore plus performants en termes de :

  • Perméabilité : l'insertion de composants dans le réservoir à carburant permet de réduire le nombre d'ouvertures dans l'enveloppe du réservoir.
  • Volume utile : la technologie TSBM permet de déterminer l'emplacement le plus adapté des valves plus librement, en fonction de l'espace disponible sur le véhicule, pour obtenir une capacité utile optimale.
  • Possibilités d’intégration avancées : le concept TSBM permet d'intégrer des composants de taille plus importante (par exemple des renforcements intérieurs ou des dispositifs anti-bruit comme INBAFFLE) et convient donc aux applications hybrides.

La technologie TSBM augmente la souplesse de conception du système et facilite l'intégration de composants standards ou spécifiques destinés à optimiser les fonctions carburant, tels que :

  • Des composants de grande capacité pour une alimentation accrue de la pompe à carburant.
  • Des composants de forme complexe permettant une résistance mécanique dynamique et l’atténuation des bruits.
  • L’optimisation de la fonction ventilation grâce au positionnement idéal des composants dans le réservoir.
  • Un vaste choix de matériaux, grâce à la technologie exclusive de fixation de composants brevetée par Plastic Omnium.
  • Des fonctions combinées pour un nombre de composants réduit, permettant une optimisation poids et coût.

En production depuis 2008 et récompensée par plusieurs organisations industrielles et automobiles, la technologie TSBM répond aux normes d'émissions les plus drastiques, tout en offrant des bénéfices en termes de performances, poids et coûts.

Le procédé TSBM

 


Au cours de l'extrusion des feuilles de polyéthylène, un noyau central est placé entre les deux demi-coquilles moulées pour monter les composants, par soudure ou rivetage, en fonction des besoins. Les composants pouvant être fixés au noyau central incluent des cloisons, des jauges, des valves, des pompes jet, des lignes, des modules à carburant et des canisters.

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Quelque soit la technologie et le niveau d’hybridation choisis, Plastic Omnium possède une réponse adaptée.

L'électrification des véhicules est une tendance du secteur automobile confirmée par l'arrivée sur le marché de motorisations à la technologie hybride plus ou moins avancée. Grâce à sa division Auto Inergy, Plastic Omnium aide les constructeurs à développer des solutions adaptées à chaque configuration.

1 - Véhicules micro-hybrides/semi-hybrides

Ce premier type de configuration hybride connaît une croissance rapide, en particulier grâce aux véhicules Stop & Start.

Avec cette technologie, les bruits de clapot dus aux mouvements du carburant dans le réservoir lorsque le véhicule s'arrête ne sont plus masqués par le bruit du moteur. Leur atténuation devient donc indispensable.

Plastic Omnium a développé une large gamme de solutions de réduction des bruits du système, INBAFFLE, qui améliore les performances acoustiques des systèmes à carburant des véhicules hybrides. En s'appuyant sur une approche acoustique inédite, Plastic Omnium utilise des techniques de simulation assistée par ordinateur, et ce depuis le début de la conception de ses systèmes à carburant, pour tenir compte des caractéristiques du véhicule tout en prévoyant et en améliorant ses performances acoustiques.

2 - Véhicules full hybrides

Le moteur électrique de ces véhicules offre une autonomie complète pendant une période limitée. Plastic Omnium équipe plus de 20 modèles de véhicules de ce type et participe à l'introduction sur le marché de ces nouvelles motorisations hybrides permettant une conduite 100 % électrique sur de courtes distances.

3 - Véhicules hybrides rechargeables

Les véhicules hybrides rechargeables, dont les batteries plus puissantes peuvent être rechargées sur secteur, offrent de nouvelles perspectives, pour une conduite 100 % électrique sur des distances plus longues.

Plastic Omnium développe des solutions de stockage du carburant adaptées à ce type de motorisation hybride, dotées notamment d'une technologie spécifique aux versions essence sur lesquelles les vapeurs de carburant ne peuvent pas être évacuées lorsque le moteur est en mode tout électrique ou si le véhicule est à l'arrêt.

Pour répondre à ces nouvelles exigences, Plastic Omnium propose des systèmes à carburant en plastique pressurisés capables de stocker les vapeurs d’hydrocarbure jusqu’à ce que le moteur à essence opère à nouveau afin de les purger et de les traiter.

 

Les systèmes à carburant en plastique permettent une réduction de poids significative, d'environ 40 % par rapport aux solutions similaires en acier pour les véhicules full hybrides et hybrides rechargeables, tout en offrant les mêmes caractéristiques de sécurité qui ont fait le succès des systèmes à carburant en plastique.

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Les tubulures en plastique obtenues par extrusion-soufflage sont une solution économique et légère pour les applications de remplissage-carburant sur véhicules.

Cette technologie offre une grande souplesse de conception pour répondre à toutes les configurations véhicules.

Les tubulures peuvent être soufflées en 2 ou 3 dimensions, avec un diamètre constant ou variable, avec ou sans dégazage et recirculation. Elles peuvent être fixées au réservoir de plusieurs façons : soudure, manchonnage, collier métallique ou raccord rapide par quick-connect.

De la même façon, la tête de remplissage peut être soudée ou sertie. Le soufflage permet de fabriquer des têtes plus larges pour de meilleures performances de remplissage, qui sont aussi parfaitement compatibles avec des systèmes sans bouchon.

Grâce à sa division Auto Inergy, Plastic Omnium a développé et commercialisé son propre système sans bouchon : CLINFILL.

Pionnier des technologie avancées, Plastic Omnium a élaboré un procédé économique haute productivité pour fabriquer des tubulures 3D.

  • Les matières premières plastiques sont fondues, puis injectées dans la tête d'extrusion de la souffleuse pour former la paraison.
  • Un robot recueille la paraison et la positionne sur un moule pendant le cycle de soufflage de la pièce suivante (pas de temps mort).
  • Lorsque le moule s'ouvre, la pièce formée est extraite de la partie supérieure et le moule lâche la paraison dans la partie inférieure.
  • Les deux extrémités de la tubulure sont automatiquement coupées par des cutters intégrés, étape de grande précision qui évite d’onéreuses opérations secondaires.
  • Le moule se referme et le cycle de soufflage reprend.

Ce procédé 3D est associé au process de post-refroidissement de Plastic Omnium pour une reproductibilité géométrique optimale. La tubulure est alors envoyée vers la prochaine étape de la ligne de finition.

Outre l’avantage d’une productivité accrue, le soufflage des tubulures en 3D optimise les investissements grâce à la souplesse du process et de la machine, qui peut opérer en station simple comme en station double.

Plastic Omnium utilise déjà ce procédé dans le cadre de plusieurs programmes.





Pourquoi utiliser du plastique pour les tubulures de remplissage ?

À l'instar des systèmes à carburant, l'utilisation de plastique pour les tubulures de remplissage permet :

  • une réduction du poids, donc des émissions de CO2.
  • une flexibilité élevée, pour traite des formes complexes.
  • une sécurité optimale grâce à une excellente résistance aux chocs.
  • des propriétés anticorrosion, pour une durée de vie accrue.
  • le respect des normes environnementales locales et internationales les plus exigeantes grâce à un éventail varié de technologies.

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INBAFFLE, dispositifs efficaces de réduction des bruits de clapot

Plastic Omnium offre un vaste éventail de solutions innovantes et efficaces pour maîtriser le comportement du carburant, atténuer les bruits de clapot et réduire les bruits générés par les systèmes à carburant. Cette approche respecte les exigences acoustiques les plus strictes pour les véhicules hybrides et améliore le confort des passagers.

La réduction des bruits est un défi essentiel pour la conception automobile moderne : les traitements acoustiques peuvent augmenter le poids du véhicule de 200 kg. Les exigences acoustiques concernent également les véhicules de basse et moyenne gamme.

Si les sources de bruit les plus évidentes ont été identifiées, des bruits plus subtils font leur apparition, surtout sur les véhicules hybrides tout électriques : des bruits liés à l'aérodynamisme et au roulement, mais également des bruits liés au carburant, notamment ceux causés par le mouvement du carburant à l'intérieur du réservoir.

La division Auto Inergy a développé une approche complète de réduction des bruits de clapot pour évaluer et quantifier les sources de nuisance sonore. Elle est essentielle à l'amélioration future des performances et a conduit au développement de la gamme de solutions anti-bruit INBAFFLE, qui atténuent les bruits de clapot et amortissent les mouvements du carburant.

Grâce à cette nouvelle gamme de produits dotés de cloisons naturelles et intégrées, Plastic Omnium anticipe les contraintes acoustiques liées aux motorisations hybrides.

Les solutions INBAFFLE peuvent être customisées pour répondre aux exigences et cahiers des charges des constructeurs : les cloisons sont adaptées au cas par cas, en fonction du design et des fonctionnalités de chaque système à carburant.

Les solutions de réduction des bruits de clapot INBAFFLE peuvent être intégrées :

  • sur ligne d'assemblage (cloisons à ressorts ou clipsées),
  • ou pendant le soufflage (innovation brevetée).

Avec INBAFFLE, Plastic Omnium offre une gamme de solutions techniques qui répond aux problématiques liées aux bruits de clapot.

Insertion de la cloison lors du process de soufflage

(procédé breveté)

Ce nouveau procédé breveté par Plastic Omnium permet d'intégrer et de souder une cloison en plastique injecté de grande dimension à l’intérieur du réservoir pendant le process d’extrusion-soufflage.

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