EP0712998B1 - Vanne de coupure pour circuit d'injection d'air à l'échappement de moteur à combustion interne - Google Patents

Vanne de coupure pour circuit d'injection d'air à l'échappement de moteur à combustion interne Download PDF

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EP0712998B1
EP0712998B1 EP19950402504 EP95402504A EP0712998B1 EP 0712998 B1 EP0712998 B1 EP 0712998B1 EP 19950402504 EP19950402504 EP 19950402504 EP 95402504 A EP95402504 A EP 95402504A EP 0712998 B1 EP0712998 B1 EP 0712998B1
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valve
air
membrane
gate according
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Bernard Lafleur
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Johnson Controls Automotive Electronics SAS
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F01N3/227—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives using pneumatically operated valves, e.g. membrane valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves

Definitions

  • the present invention relates to a cut-off valve for an injection circuit of air to the exhaust of an internal combustion engine.
  • the present invention aims to overcome this drawback.
  • the invention relates to a cut-off valve according to the claim 1.
  • FIG. 1 An air pump 1 driven by a motor electric 2. This pump receives outside air through a duct 3, from either an individual air filter or the main air filter intake of the engine for which this circuit is intended.
  • Pump 1 delivers pressurized air through line 4.
  • This line 4 is divides into two conduits 5 and 6, both connected to the valve 7 according to the invention.
  • the outlet of this valve is connected by a conduit 8 to the air injection manifold in the engine exhaust manifold.
  • the valve 7, shown in section in FIG. 2, comprises a valve body, or housing, 9 delimiting a plurality of chambers.
  • a first chamber 10 is formed in the body 9 and delimited by a wall 11 and a membrane 12.
  • the face of the membrane 12, external to the chamber 10, is protected by a cover 13, in which are formed by holes 14 for venting.
  • An inlet 15 in the room 10 is formed by an inlet duct 16, to which the tube 5 can be fixed, by example using a necklace
  • the wall 11 forms a guide tube 17 in which can slide a valve stem 18 19.
  • the rod 18 is fixed to the center of the membrane 12.
  • a spring 20 helical, arranged around the guide tube 12, between the wall 11 and the valve 19, pushes the latter away from this wall.
  • the valve 19 cooperates with a valve seat 21, formed at the periphery an orifice 22, drilled in the center of a disc 23, fixed anyway suitable in the body 9.
  • the disc 23 delimits with this body 9 and the wall 11 a second chamber 24.
  • An inlet 25 in the chamber 24 is connected to an intake duct 26, to which the duct can be connected 6, for example by means of a collar.
  • Port 22 forms the exit from the chamber 24.
  • the body 9 and the disc 23 define a third chamber 27 with a valve support 28.
  • the support 28 is fixed to the lower part of the body main 9 by crimping a secondary body 29 delimiting, with the support 28, a fourth chamber 30.
  • the fourth chamber 30 corresponds with the third chamber 27, for by means of a non-return valve, formed by the support 28 pierced with holes for communication, and supporting in its center on the side of the chamber 30, a rubber membrane 31, pressed against the communication holes of the support 28 by a metallic elastic blade 32.
  • a cone 33 also fixed to the central part of the support 28 makes it possible to limit the travel of the diaphragm 31 and spring 32. It is understood that the air passing through the valve can move from room 27 to room 30, not from room 30 to the room 27.
  • a conduit 34 forms the outlet of the chamber, and is provided with an olive 35 and a nut 36, allowing it to be connected to the tube 8 for connection with the manifold exhaust.
  • pump 1 delivers air under pressure in ducts 5 and 6.
  • the air discharged into duct 5 causes a pressure increase in chamber 10, and consequently a deformation of the membrane 12 which raises the valve 19 against spring action 20.
  • valve 19 being thus opened, the air discharged into the duct 6 is introduced in chamber 24, then through orifice 22, in chamber 27. This air passes through then the non-return valve 31-33 to be discharged into the chamber 30, and there, in conduit 8.
  • the valve 31-33 opposes, in operation, the gas discharge exhaust from line 8 to lines 5 and 6.
  • valve 7 ′ of the embodiment of FIG. 3 is practically identical to the valve 7, except that the chamber 10 no longer has its orifice inlet 15 and its intake duct 16. This orifice is replaced by a orifice 37, formed in the wall 11, separating the first chamber 10 from the room 24.
  • the air from pump 1 is then admitted into room 10 by through the tube 6, the conduit 26, the chamber 24 and the orifice 37.
  • valve 7 ' is identical to that of valve 7.
  • valve 7 "of FIG. 4 differs from the valves of FIGS. 2 and 3 essentially by the fact that the head and the seat of the valve 19 separating the second and third rooms 24 and 27 respectively, are in this third chamber 27. This valve therefore opens in the opposite direction to those previously described.
  • a cavity is delimited between a flange 40 of the body 9 and a cover 41.
  • the membrane 12 and this cover 41 define the first chamber 10 inside this cavity.
  • the stem 42 of the valve is hollow so as to form a passage suitable for make the first room 10 communicate with the second room 24.
  • an axial duct 43 is formed in the rod 42 and opens into the chamber 24 by radial orifices 44 and in chamber 10 by an orifice axial 45.
  • a second membrane 46 is applied against the orifice 45 by a spring 47 housed in a blind hole 48 of the cover 41. Furthermore, the membrane 12, and consequently the valve 19 of which it is integral and its orifice 45 are also biased towards the membrane 46 by a spring 49.
  • a set of holes 50 connects the first chamber 10 with the third chamber 27.
  • a non-return valve 51 housed in the cover 41 and calibrated by a spring 52 prevents any flow from the chamber 27 to the room 10.
  • the valve could also just as easily be housed in the body of the housing.
  • control pressure la valve 19 is brought into chamber 10 through the chamber 24 and, here, of the conduit 43.
  • this pressure reaches a sufficient threshold, the membrane 46 lets it enter chamber 10.
  • Membrane 12 then sinks, opening the valve 19.
  • valve 51 prevents cyclic overpressures occurring in the exhaust manifold, go back up into chamber 10 and thus disturbing the operation of the valve 19.

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Description

La présente invention concerne une vanne de coupure pour circuit d'injection d'air à l'échappement de moteur à combustion interne.
On connaít déjà de tels circuits dont la fonction est de prélever de l'air frais extérieur pour l'injecter dans le collecteur d'échappement du moteur à proximité immédiate des soupapes d'échappement. Les gaz d'échappement étant à très haute température, il en résulte un réallumage des hydrocarbures imbrûlés et par conséquent une moindre pollution.
Il existe une autre fonction de l'injection d'air à l'échappement. On connaít en effet l'usage de plus en plus courant de pots catalytiques, et on sait que le catalyseur n'est efficace que dans la mesure où il a atteint une certaine température. Or, vu la durée moyenne d'un trajet effectué en véhicule automobile, une grande partie du kilométrage effectué par ce dernier l'est avec un catalyseur froid et donc inefficace. Il a donc été proposé d'injecter dans les cylindres un mélange volontairement trop riche, puis d'injecter de l'air frais dans le collecteur d'échappement de manière à provoquer une sorte de "postcombustion" élevant fortement la température des gaz d'échappement et provoquant par conséquent un réchauffement rapide du pot catalytique. Bien entendu, cette introduction de mélange volontairement trop riche et cette injection d'air à l'échappement ne durent que le temps nécessaire à l'échauffement du catalyseur.
Jusqu'à présent cette fonction d'injection d'air à l'échappement était réalisée à l'aide d'une pompe à air prélevant de l'air extérieur, soit par l'intermédiaire d'un filtre à air indépendant, soit par l'intermédiaire du filtre à air d'admission du moteur, et refoulant cet air dans le collecteur d'échappement par l'intermédiaire d'une vanne de coupure et d'une vanne anti-retour. La vanne de coupure était destinée à fermer le circuit lorsque la pompe n'était pas en fonctionnement, et le clapet anti-retour avait pour fonction d'éviter un refoulement dans le circuit des gaz d'échappement lorsque la pression oscillante dans le collecteur d'échappement devenait supérieure à la pression de refoulement de la pompe.
La vanne de coupure elle-même était une vanne à membrane qui était commandée par une vanne à solénoïde prélevant sa pression négative sur la tubulure d'admission en aval de la vanne papillon. La vanne à solénoïde était elle-même commandée par l'intermédiaire du même relais électrique qui commandait le fonctionnement de la pompe à air.
Un tel circuit était par conséquent d'une grande complexité et donc, d'une part coûteux et d'autre part sujet à des pannes.
On a également proposé dans le document US-A-3924408 une vanne selon le préambule de la revendication 1. Mais cet agencement présente l'inconvénient de nécessiter un clapet anti-retour.
La présente invention vise à pallier cet inconvénient.
A cet effet, l'invention a pour objet une vanne de coupure selon la revendication 1.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaissent dans la description qui suit, donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 représente un circuit d'injection d'air à l'échappement comprenant une vanne,
  • la figure 2 représente cette vanne vue en coupe axiale,
  • la figure 3 représente un autre mode de réalisation de cette vanne, et
  • la figure 4 représente une vanne selon l'invention.
Les figures 1 à 3 correspondent à l'état de la technique et leur description n'est donnée qu'en vue d'une meilleure compréhension de l'invention.
On voit sur la figure 1 une pompe à air 1 entraínée par un moteur électrique 2. Cette pompe reçoit de l'air extérieur par un conduit 3, provenant soit d'un filtre à air individuel, soit du filtre à air principal d'admission du moteur auquel ce circuit est destiné.
La pompe 1 refoule de l'air sous pression par le conduit 4. Ce conduit 4 se divise en deux conduits 5 et 6, tous deux reliés à la vanne 7 selon l'invention. La sortie de cette vanne est reliée par un conduit 8 à la rampe d'injection d'air dans le collecteur d'échappement du moteur.
La vanne 7, représentée en coupe à la figure 2, comporte un corps de vanne, ou boítier, 9 délimitant une pluralité de chambres.
En premier lieu, une première chambre 10 est formée dans le corps 9 et délimitée par une paroi 11 et une membrane 12. La face de la membrane 12, extérieure à la chambre 10, est protégée par un capot 13, dans lequel sont formés des trous 14 de mise à l'air libre. Un orifice d'entrée 15 dans la chambre 10 est formé par un conduit d'entrée 16, sur lequel le tube 5 peut être fixé, par exemple à l'aide d'un collier
Dans sa partie centrale, la paroi 11 forme un tube de guidage 17 dans lequel peut coulisser une tige 18 de soupape 19. A son extrémité opposée à la soupape 19, la tige 18 est fixée au centre de la membrane 12. Un ressort 20 hélicoïdal, disposé autour du tube de guidage 12, entre la paroi 11 et la soupape 19, repousse cette dernière à l'opposé de cette paroi.
La soupape 19 coopère avec un siège de soupape 21, formé à la périphérie d'un orifice 22, percé au centre d'un disque 23, fixé de toute manière convenable dans le corps 9. Le disque 23 délimite avec ce corps 9 et la paroi 11 une deuxième chambre 24. Un orifice d'admission 25 dans la chambre 24 est relié à un conduit d'admission 26, sur lequel peut être connecté le conduit 6, par exemple au moyen d'un collier. L'orifice 22 forme la sortie de la chambre 24.
Le corps 9 et le disque 23 délimitent une troisième chambre 27 avec un support 28 de clapet. Le support 28 est fixé à la partie inférieure du corps principal 9 par sertissage d'un corps secondaire 29 délimitant, avec le support 28, une quatrième chambre 30.
La quatrième chambre 30 correspond avec la troisième chambre 27, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour, formé du support 28 percé de trous de communication, et supportant dans son centre du côté de la chambre 30, une membrane en caoutchouc 31, plaquée contre les trous de communication du support 28 par une lame élastique métallique 32. Un cône 33, également fixé à la partie centrale du support 28, permet de limiter le débattement de la membrane 31 et du ressort 32. On comprend que l'air traversant la vanne peut passer de la chambre 27 à la chambre 30, et non pas de la chambre 30 à la chambre 27.
Un conduit 34 forme la sortie de la chambre, et est muni d'une olive 35 et d'un écrou 36, permettant de le relier au tube 8 de liaison avec le collecteur d'échappement.
Lorsque le moteur 2 est mis en marche, la pompe 1 en refoule de l'air sous pression dans les conduits 5 et 6. L'air refoulé dans le conduit 5 provoque une augmentation de pression dans la chambre 10, et par conséquent une déformation de la membrane 12 qui vient soulever la soupape 19 contre l'action du ressort 20.
La soupape 19 étant ainsi ouverte, l'air refoulé dans le conduit 6 est introduit dans la chambre 24, puis par l'orifice 22, dans la chambre 27. Cet air traverse ensuite le clapet anti-retour 31-33 pour être refoulé dans la chambre 30, et de là, dans le conduit 8.
Le clapet 31-33 s'oppose, en fonctionnement, au refoulement des gaz d'échappement du conduit 8 vers les conduits 5 et 6.
Lorsque le moteur cesse d'être alimenté, la pression dans la chambre 10 est ramenée à son niveau normal, de sorte que la soupape 19 se ferme, la vanne 7 remplissant ainsi son rôle de vanne de coupure.
La vanne 7' du mode de réalisation de la figure 3 est pratiquement identique à la vanne 7, si ce n'est que la chambre 10 ne comporte plus son orifice d'admission 15 et son conduit d'admission 16. Cet orifice est remplacé par un orifice 37, formé dans la paroi 11, séparant la première chambre 10 de la chambre 24.
L'air provenant de la pompe 1 est alors admis dans la chambre 10 par l'intermédiaire du tube 6, du conduit 26, de la chambre 24 et de l'orifice 37.
A cette différence près, le fonctionnement de la vanne 7' est identique à celui de la vanne 7.
La vanne 7" de la figure 4 diffère des vannes des figures 2 et 3 essentiellement par le fait que la tête et le siège de la soupape 19 séparant les deuxième et troisième chambres 24 et 27 respectivement, se trouvent dans cette troisième chambre 27. Cette soupape s'ouvre donc dans le sens inverse de celles précédemment décrites.
Dans ce mode de réalisation, une cavité est délimitée entre un flasque 40 du corps 9 et un couvercle 41. La membrane 12 et ce couvercle 41 délimitent la première chambre 10 à l'intérieur de cette cavité.
La tige 42 de la soupape est creuse de manière à former un passage apte à faire communiquer la première chambre 10 avec la deuxième chambre 24. A cet effet, un conduit axial 43 est formé dans la tige 42 et débouche dans la chambre 24 par des orifices radiaux 44 et dans la chambre 10 par un orifice axial 45.
Une deuxième membrane 46 est appliquée contre l'orifice 45 par un ressort 47 logé dans un trou borgne 48 du couvercle 41. Par ailleurs, la membrane 12, et par conséquent la soupape 19 dont elle est solidaire et son orifice 45 sont également sollicités en direction de la membrane 46 par un ressort 49.
Un ensemble de perçages 50 met en communication la première chambre 10 avec la troisième chambre 27. Un clapet anti-retour 51, logé dans le couvercle 41 et taré par un ressort 52 empêche tout écoulement de la chambre 27 à la chambre 10.
Le clapet pourrait d'ailleurs tout aussi bien être logé dans le corps du boítier.
Comme dans le mode de réalisation de la figure 3, la pression de commande la soupape 19 est amenée dans la chambre 10 par l'intermédiaire de la chambre 24 et, ici, du conduit 43. Lorsque cette pression atteint un seuil suffisant, la membrane 46 la laisse pénétrer dans la chambre 10. La membrane 12 s'enfonce alors, ouvrant la soupape 19.
Lorsque la pression baisse dans la chambre 27, la membrane 12 remonte et ferme ainsi la soupape 19, en chassant dans la chambre 27 une partie de l'air contenu dans la chambre 10, par l'intermédiaire du clapet 51.
Inversement, le clapet 51 empêche les surpressions cycliques se produisant dans le collecteur d'échappement de remonter dans la chambre 10 et de perturber ainsi le fonctionnement de la soupape 19.

Claims (8)

  1. Vanne de coupure pour circuit d'injection d'air à l'échappement de moteur à combustion interne, comprenant :
    un boítier (9) ;
    une membrane (12) délimitant une première chambre (10) dans ledit boítier ;
    une deuxième chambre (24) dans ledit boítier ;
    des moyens (26) d'admission d'air dans ladite deuxième chambre (24) à partir d'une pompe à air (1) ;
    des moyens d'admission d'air dans ladite première chambre (10) à partir de ladite deuxième chambre (24), ces moyens comprenant un passage (43) entre lesdites première (10) et deuxième (24) chambres, formé dans la tige d'une soupape (19) ;
    une troisième chambre (27) dans ledit boítier (9) ;
    des moyens de sortie d'air de ladite troisième chambre (27) en direction du collecteur d'échappement dudit moteur ; et
    une soupape (19) commandée par ladite membrane (12) pour mettre en communication lesdites deuxième (24) et troisième (27) chambres lorsque la pompe à air (1) est en fonctionnement,
    caractérisée par le fait que ladite soupape (19) s'ouvre dans le sens du flux d'air de la deuxième chambre (24) vers la troisième chambre (27).
  2. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle ledit passage (43) débouche axialement dans la première chambre (10), son orifice étant, au repos, bouché par un organe de bouchage sollicité par un ressort (47).
  3. Vanne selon la revendication 2, dans laquelle ledit organe de bouchage comprend une deuxième membrane (46).
  4. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite membrane (12) est sollicitée par un ressort (49) sur sa face opposée à ladite première chambre (10).
  5. Vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ladite première chambre (10) est reliée à ladite troisième chambre (27) par un conduit d 'évacuation (50).
  6. Vanne selon la revendication 5, dans laquelle un clapet anti-retour taré (51, 52) est disposé sur ledit conduit d'évacuation (50).
  7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, dans laquelle ledit conduit d'évacuation (50) est formé dans l'épaisseur de la paroi du boítier (9).
  8. Vanne selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens d'admission d'air, dans la première chambre (10) comprennent un conduit d'amenée d'air en provenance de la pompe d'air.
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