Ligne d'échappement de véhicule automobile comportant une vanne motoriséeMotor vehicle exhaust line comprising a motorized valve
L'invention concerne en général les lignes d'échappement de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicule au- tomobile comportant une vanne motorisée, la vanne motorisée comprenant : - un corps de vanne susceptible d'être traversé par des gaz d'échappement de pression inférieure à une pression maximum, - un volet mobile déplaçable à l'intérieur du corps de vanne, un actionneur de commande du volet mobile pourvu d'une enveloppe liée au corps de vanne et délimitant un volume interne, et d'un organe d'entraînement disposé dans ledit volume interne et lié au volet, le corps de vanne présentant à cet effet un orifice de passage dans lequel est engagé l'organe d'entraînement, - des moyens pour empêcher les fuites de gaz d'échappement de l'intérieur du corps de vanne vers le volume interne de l'enveloppe à travers l'orifice de passage. The invention generally relates to motor vehicle exhaust lines. More specifically, the invention relates to an automobile vehicle exhaust line comprising a motorized valve, the motorized valve comprising: a valve body that can be traversed by pressure exhaust gases that are less than a pressure; maximum, - a movable flap movable inside the valve body, a control actuator of the movable flap provided with a casing connected to the valve body and defining an internal volume, and a drive member disposed in said internal volume and linked to the flap, the valve body having for this purpose a passage hole in which is engaged the drive member, - means for preventing the escape of exhaust gas from inside the valve body towards the internal volume of the envelope through the passage opening.
Une telle ligne d'échappement est connue du document FR-A-2 834 037, dans lequel les fuites de gaz d'échappement vers le volume interne de l'enveloppe sont empêchées à l'aide de garnitures disposées autour de l'axe d'entraînement du volet. Les garnitures d'étanchéité disposées autour de l'axe subissent des variations de température importantes, et sont exposées aux gaz d'échappement. Elles sont ré- alisées dans un matériau adapté à cet environnement, par exemple en céramique, et sont particulièrement onéreuses. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une ligne d'échappement dans la-quelle les fuites au passage de l'organe de commande à travers le corps de vanne sont empêchées par des moyens plus économiques. Such an exhaust line is known from document FR-A-2 834 037, in which the exhaust gas leaks towards the internal volume of the casing are prevented by means of packings arranged around the axis d shutter training. Seals arranged around the axis undergo significant temperature changes, and are exposed to the exhaust gas. They are made of a material suitable for this environment, for example ceramic, and are particularly expensive. In this context, the invention aims to provide an exhaust line in which leaks at the passage of the control member through the valve body are prevented by more economical means.
A cette fin, l'invention porte sur une ligne d'échappement du type précité, caractérisé en ce que les moyens pour empêcher les fuites comprennent des moyens pour insuffler dans le volume interne de l'enveloppe un gaz à une pression supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement. La ligne d'échappement peut également présenter une ou plusieurs des caracté- ristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le gaz insufflé dans le volume interne de l'enveloppe est de l'air ; - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe comprennent un compresseur d'air et des moyens pour mettre en communication une sor- tie d'air comprimé du compresseur avec une entrée d'air ménagée dans l'enveloppe ; - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe comprennent des moyens pour régler la pression du gaz insufflé à une valeur supérieure de 2 à 2000 mbar à ladite pression maximum des gaz d'échappement ; et - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe corn- prennent des moyens pour régler le débit du gaz insufflé de manière à assurer une vitesse de circulation des gaz à travers l'orifice de passage suffisante pour empêcher que de petits vortex de gaz d'échappement pénètrent dans le volume interne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en réfé- rence à la figure annexée représentant une vue schématique en coupe de la vanne motorisée. La vanne 10 représentée sur la figure unique est une vanne motorisée implantée dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. La vanne motorisée 10 comporte un corps de vanne 12, et un volet d'obturation 14 mobile, déplaçable à l'intérieur du corps de vanne 12. Le corps de vanne 12 comporte un tronçon tubulaire 16 raccordé par une extrémité à une partie amont de la ligne d'échappement, et par son extrémité opposée, à une partie aval de ladite ligne d'échappement. Le tronçon tubulaire 16 définit intérieurement un conduit tubulaire 18 de section circulaire. Le volet mobile 14 présente la forme d'un disque. Il est monté rotatif à l'intérieur du conduit 18. L'articulation du volet s'effectue autour d'un axe X-X s'étendant suivant un diamètre du volet et du conduit tubulaire 18. La vanne motorisée 10 comporte également des moyens 20 de commande du volet mobile 14, pourvus d'un actionneur 22, d'une enveloppe 24 soudée de manière étanche sur une surface extérieure du corps de vanne et délimitant intérieurement un volume interne 26, et d'une tige d'entraînement 28 disposée dans ledit volume interne 26 et reliant l'actionneur 22 au volet 14. L'enveloppe 24 est soudée de manière étanche sur le corps de vanne 12. II pré-sente à l'opposé du corps de vanne 12, un fond 29 percé d'un trou 30 de passage de la tige 28. L'actionneur 22 comprend typiquement un moteur électrique couplé à un réducteu r. La tige 28 est disposée essentiellement dans le volume interne 26 de l'enveloppe 24, et présente une première partie d'extrémité 32 faisant saillie hors de l'enve- loppe 24 à travers le trou 30. La partie 32 est accouplée au réducteur de l'actionneur 22. La tige 28 présente également une seconde partie d'extrémité 34, opposée à la première, rigidement fixée au disque 14. A cette fin, le tronçon tubulaire 16 du corps de vanne présente un orifice de pas-sage 36 ménagé dans la zone dudit tronçon tubulaire recouverte par l'enveloppe 24. To this end, the invention relates to an exhaust line of the aforementioned type, characterized in that the means for preventing leakage comprise means for blowing into the internal volume of the casing a gas at a pressure greater than the pressure maximum exhaust gas. The exhaust line may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination: the gas blown into the internal volume of the envelope is air; the means for blowing the gas into the internal volume of the envelope comprise an air compressor and means for communicating a compressed air outlet of the compressor with an air inlet formed in the envelope; - The means for blowing the gas into the internal volume of the casing comprises means for adjusting the pressure of the gas blown to a value greater than 2 to 2000 mbar at said maximum pressure of the exhaust gas; and the means for blowing the gas into the internal volume of the envelope comprise means for regulating the flow rate of the gas blown in such a way as to ensure a speed of circulation of the gases through the passage orifice which is sufficient to prevent the small vortices of exhaust gases enter the internal volume. Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended figure showing a schematic sectional view of the motorized valve. The valve 10 shown in the single figure is a motorized valve installed in a motor vehicle exhaust line. The motorized valve 10 comprises a valve body 12, and a movable shutter 14, movable inside the valve body 12. The valve body 12 comprises a tubular section 16 connected at one end to an upstream portion of the valve body 12. the exhaust line, and at its opposite end, a downstream portion of said exhaust line. The tubular section 16 internally defines a tubular duct 18 of circular section. The movable flap 14 has the shape of a disc. It is rotatably mounted inside the duct 18. The articulation of the flap takes place around an axis XX extending along a diameter of the flap and the tubular duct 18. The motorized valve 10 also comprises means 20 of controlling the movable flap 14, provided with an actuator 22, with an envelope 24 sealingly welded to an outer surface of the valve body and internally defining an internal volume 26, and a driving rod 28 disposed in said internal volume 26 and connecting the actuator 22 to the flap 14. The casing 24 is sealingly welded to the valve body 12. It presents the opposite of the valve body 12, a bottom 29 pierced with a Hole 30 for passage of the rod 28. The actuator 22 typically comprises an electric motor coupled to a reducteu r. The rod 28 is disposed substantially in the inner volume 26 of the casing 24, and has a first end portion 32 projecting out of the casing 24 through the hole 30. The portion 32 is coupled to the reducer the actuator 22. The rod 28 also has a second end portion 34, opposite to the first, rigidly fixed to the disc 14. For this purpose, the tubular section 16 of the valve body has a pitch hole 36 formed in the zone of said tubular section covered by the envelope 24.
L'orifice 36 débouche donc dans le volume interne 26 de l'enveloppe. La partie d'extrémité 34 de la tige est engagée dans l'orifice 36 et fait saillie à l'intérieur du conduit tubulaire 18. La partie 34 est fixée rigidement au volet 14 par tous moyens adaptés, par exemple par soudage. La section de passage de l'orifice 36 est supérieure à la section droite de la par- tie d'extrémité 34 de la tige, de telle sorte qu'il existe un interstice 38 libre sur toute la périphérie de la tige 32, entre la partie d'extrémité 34 et le bord de l'orifice 36. Cet interstice 38 met en communication le volume interne 26 de l'enveloppe et le conduit tubulaire 18. Le volet 14 porte à l'opposé de la tige 28 un bout d'axe 40 s'étendant parallèle- ment et dans le prolongement de la tige 28. Le bout d'axe 40 est engagé dans une douille 42 rapportée sur le tronçon tubulaire 16. La douille 42 est soudée étanche sur le tronçon 16. Elle définit un espace interne étanche vis-à-vis de l'atmosphère ambiante et communiquant seulement avec le conduit tubulaire 18 par l'intermédiaire d'une lumière ménagée dans le tronçon tubulaire 16 pour laisser passer le bout d'axe 40. Un palier 46 est rigidement fixé dans l'espace interne 44. Le bout d'axe 40 est engagé dans le palier 46, qui assure ainsi le guidage en rotation du volet 14. Un collet 48 est rigidement fixé à la tige 28. Le collet 48 est situé à l'intérieur de l'espace interne 26 de l'enveloppe. Des rondelles élastiques de type Belleville 50 dis-posées tête-bêche autour de la tige 28 sont interposées entre le fond 29 de l'enveloppe et le collet 48. Les rondelles élastiques 50 sollicitent axialement, par l'intermédiaire du collet 48, la tige 28, le volet 14 et le bout d'axe 40, vers la droite de la figure unique. Cette sollicitation a pour effet de maintenir le bout d'axe 40 pressé contre le fond 52 de la douille. La vanne 10 comprend des moyens 54 pour empêcher les fuites de gaz d'échappement depuis l'intérieur du corps de vanne 12 vers le volume interne 26 de l'enveloppe à travers l'orifice de passage 36. Ces moyens 54 comprennent un compresseur d'air 56, pourvu d'une entrée d'aspiration 58 et d'une sortie d'air comprimé 60, des tuyauteries 62 mettant en communication la sortie d'air comprimé 60 du compresseur avec une entrée d'air 64 ménagée dans l'enveloppe 24 et des moyens 66 pour régler la pression et le débit de l'air insufflé par le compresseur 56 dans le volume in- terne 26 de l'enveloppe. Le compresseur 56 aspire l'air dans l'atmosphère par l'entrée 58. De manière à assurer un sens d'écoulement de l'air depuis le volume interne 26 vers le conduit tubulaire 18, la pression de l'air entrant dans le volume interne 26 en provenant du compresseur 56 est réglée par les moyens 66 à une valeur supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement circulant à travers le conduit tubulaire 18. Typiquement, la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit tubulaire 18 varie de façon sensiblement cyclique, de manière synchronisée avec l'ouver- ture des soupapes d'échappement des chambres de combustion du moteur. Plus précisément, la pression des gaz d'échappement varie à l'intérieur du conduit tubulaire 18 entre 0 et 4 bars relatifs pour un moteur à essence, et entre 0 et 7 bars relatifs pour un moteur diesel. La pression de l'air comprimé refoulé par le compresseur 56, à l'entrée du vo- lume interne 26, est supérieure à la pression maximale des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit 18, avec un écart compris entre 2 mbar et 2000 mbar. De préférence, on choisit un écart compris entre 10 mbar et 1000 mbar. Pour les valeurs de pression des gaz d'échappement indiquées ci-dessus, on choisira donc typiquement une pression d'air à l'entrée 64 du volume interne 26 supérieure de quelques centaines de millibars à la pression maximale des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit 18. Le débit d'air refoulé par le compresseur 56 vers le volume interne 26 est choisi de manière à assurer une vitesse de circulation de l'air à travers l'interstice 38 suffisante, quelle que soit la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit tubulaire 20. On entend par vitesse suffisante une vitesse d'air telle qu'il n'est pas possible que de petits vortex de gaz d'échappement passent à travers l'interstice 38 et pénètrent dans le volume interne 26 à contre-courant de l'air circulant depuis le volume 26 vers le volume interne 18. Les moyens 66 pour régler le débit et la pression de l'air refoulé par le compresseur 56 comprennent des moyens 68 de commande du compresseur 56, de type connu, et qui ne seront donc pas décrits ici. Les moyens 66 peuvent également comprendre des restrictions 70 et des vannes de réglage 72, réparties le long de la tuyauterie 62. Le fonctionnement de la vanne va maintenant être brièvement décrit. The orifice 36 thus opens into the internal volume 26 of the envelope. The end portion 34 of the rod is engaged in the orifice 36 and protrudes inside the tubular conduit 18. The portion 34 is fixed rigidly to the flap 14 by any suitable means, for example by welding. The passage section of the orifice 36 is greater than the cross section of the end portion 34 of the rod, so that there is a free gap 38 on the entire periphery of the rod 32 between the end portion 34 and the edge of the orifice 36. This gap 38 puts in communication the internal volume 26 of the casing and the tubular duct 18. The flap 14 carries on the opposite side of the stem 28 an end of 40 axis extending parallel and in the extension of the rod 28. The axis end 40 is engaged in a sleeve 42 attached to the tubular section 16. The sleeve 42 is sealed on the section 16. It defines a internally sealed space vis-à-vis the ambient atmosphere and communicating only with the tubular conduit 18 through a slot in the tubular section 16 to pass the axis end 40. A bearing 46 is rigidly fixed in the internal space 44. The end of axis 40 is engaged in the bearing 46, which thus ensures the guiding in rotation of the flap 14. A collar 48 is rigidly fixed to the rod 28. The collar 48 is located inside the inner space 26 of the casing. Belleville type spring washers 50 dis-posited head to tail around the rod 28 are interposed between the bottom 29 of the casing and the collar 48. The elastic washers 50 axially urge, via the collar 48, the rod 28, the flap 14 and the axis end 40, to the right of the single figure. This bias has the effect of maintaining the end of axis 40 pressed against the bottom 52 of the sleeve. The valve 10 comprises means 54 for preventing exhaust gas leakage from inside the valve body 12 to the inner volume 26 of the casing through the through hole 36. These means 54 comprise a compressor of air 56, provided with a suction inlet 58 and a compressed air outlet 60, pipes 62 putting into communication the compressed air outlet 60 of the compressor with an air inlet 64 formed in the envelope 24 and means 66 for adjusting the pressure and the flow rate of the air blown by the compressor 56 into the internal volume 26 of the envelope. The compressor 56 draws air into the atmosphere through the inlet 58. In order to ensure a direction of flow of the air from the internal volume 26 to the tubular duct 18, the pressure of the air entering the internal volume 26 from the compressor 56 is adjusted by the means 66 to a value greater than the maximum pressure of the exhaust gas flowing through the tubular duct 18. Typically, the pressure of the exhaust gas inside the duct tubular 18 varies substantially cyclically, in a manner synchronized with the opening of the exhaust valves of the combustion chambers of the engine. More specifically, the pressure of the exhaust gas varies inside the tubular duct 18 between 0 and 4 bar relative for a gasoline engine, and between 0 and 7 bar relative for a diesel engine. The pressure of the compressed air delivered by the compressor 56, at the inlet of the internal volume 26, is greater than the maximum pressure of the exhaust gases inside the duct 18, with a difference of between 2 mbar and 2000 mbar. Preferably, a difference of between 10 mbar and 1000 mbar is chosen. For the exhaust gas pressure values indicated above, therefore, an air pressure at the inlet 64 of the internal volume 26, which is several hundred millibars higher than the maximum pressure of the exhaust gases at the inlet, will typically be chosen. 18. The flow of air discharged by the compressor 56 to the internal volume 26 is chosen so as to ensure a speed of air circulation through the gap 38 sufficient, regardless of the pressure of the gases. exhaust system inside the tubular duct 20. Sufficient velocity means an air velocity such that it is not possible for small exhaust gas vortices to pass through the gap 38 and enter the internal volume 26 against the current of the air flowing from the volume 26 to the internal volume 18. The means 66 for adjusting the flow rate and the pressure of the air discharged by the compressor 56 comprise means 68 for controlling the compressor 56, type known, and therefore will not be described here. The means 66 may also include restrictions 70 and control valves 72, distributed along the pipe 62. The operation of the valve will now be briefly described.
L'actionneur 22 permet de déplacer, par l'intermédiaire de la tige 28, le volet 14 en rotation autour de l'axe X-X. Le volet 14 est ainsi susceptible d'adopter au moins deux positions dans le conduit 18. Par ailleurs, de l'air est aspiré par le compresseur 56 et est refoulé à travers la tuyauterie 62 jusqu'à l'intérieur du volume interne 26 de l'enveloppe. La pression de l'air à l'intérieur du volume 26 est toujours supérieure à la pression des gaz d'échappement dans le conduit 18, avec un écart tel que l'air s'écoule du volume interne 26 à travers l'interstice 38 jusque dans le conduit 18. Il se mélange aux gaz d'échappement dans le conduit 18 et est rejeté, avec ces gaz d'échappement, à l'extrémité aval de la ligne d'échappement. Le débit d'air à travers l'interstice 38 est un débit de fuite, suffisamment faible par rapport au débit des gaz d'échappement pour ne pas modifier notablement la composition chimique des gaz d'échappement ni la température moyenne de ce gaz, mais suffisamment élevé pour assurer un sens de circulation d'air constant du volume in-terne 26 vers le conduit 18. La ligne d'échappement décrite ci-dessus présente de multiples avantages. Du fait que les moyens pour empêcher les fuites comprennent des moyens pour insuffler dans le volume interne de l'enveloppe un gaz à une pression supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement, l'utilisation de garnitures d'étanchéité coû- teuses n'est plus nécessaire. Les fuites sont ainsi empêchées de manière particulière-ment économique, notamment quand il existe une source d'air comprimé à bord du véhicule. Les moyens pour empêcher les fuites à travers l'orifice de passage de la tige d'entraînement du volet ne comprennent pas de pièce susceptible de s'user du fait du cyclage thermique ou de l'exposition aux gaz d'échappement. De plus, l'air insufflé dans le volume interne de l'enveloppe contribue au refroidissement de la tige et des rondelles Belleville. La ligne d'échappement peut présenter de multiples variantes. L'actionneur 22 peut ne pas être un moteur électrique couplé à un réducteur, mais plutôt être de type linéaire, et déplacer la tige d'entraînement 28 par l'intermédiaire d'une manivelle. Le gaz insufflé dans le volume intérieur de l'enveloppe peut ne pas être de l'air, mais par exemple être un gaz neutre comme de l'argon. La source de gaz peut ne pas être un compresseur d'air, mais être une bouteille de gaz comprimé associée à un détendeur. The actuator 22 makes it possible to move, by means of the rod 28, the flap 14 in rotation about the axis X-X. The flap 14 is thus capable of adopting at least two positions in the duct 18. Moreover, air is sucked by the compressor 56 and is discharged through the pipe 62 to the inside of the internal volume 26 of the envelope. The pressure of the air inside the volume 26 is always greater than the pressure of the exhaust gases in the duct 18, with a gap such that the air flows from the internal volume 26 through the gap 38 in the duct 18. It mixes with the exhaust gas in the duct 18 and is rejected, with these exhaust gases, at the downstream end of the exhaust line. The air flow through the gap 38 is a leak rate, sufficiently low compared to the exhaust gas flow rate not to significantly change the chemical composition of the exhaust gas or the average temperature of this gas, but sufficiently high to provide a constant air flow direction of the in-dermal volume 26 to the conduit 18. The exhaust line described above has multiple advantages. Since the means for preventing leaks comprise means for blowing into the internal volume of the casing a gas at a pressure greater than the maximum pressure of the exhaust gas, the use of costly seals is no longer necessary. Leaks are thus prevented particularly economically, especially when there is a source of compressed air on board the vehicle. The means for preventing leakage through the passage opening of the shutter drive rod do not include any part likely to wear due to thermal cycling or exposure to the exhaust gas. In addition, the air blown into the inner volume of the envelope contributes to the cooling of the rod and Belleville washers. The exhaust line may have multiple variants. The actuator 22 may not be an electric motor coupled to a reducer, but rather be of linear type, and move the drive rod 28 through a crank. The gas blown into the interior of the envelope may not be air, but for example be a neutral gas such as argon. The gas source may not be an air compressor, but may be a compressed gas cylinder associated with a pressure reducer.
La ligne d'échappement peut comporter un capteur de pression des gaz d'échappement à l'intérieur du corps de valve et des moyens pour piloter le compresseur de manière à faire varier la pression de gaz dans le volume interne de l'enveloppe en fonction de la pression mesurée dans le corps de valve. The exhaust line may comprise an exhaust gas pressure sensor inside the valve body and means for controlling the compressor so as to vary the gas pressure in the internal volume of the envelope according to the pressure measured in the valve body.