FR2977650A1 - Vanne, notamment de regulation de debit de gaz, et procede d'elimination de condensats dans une vanne - Google Patents

Abstract

Vanne comportant, une première cavité d'obturation (16), dans laquelle est logé un moyen d'obturation (82) d'un canal de circulation (3) d'un fluide (G), et une deuxième cavité cinématique (14) dans laquelle sont logés des moyens d'actionnement cinématique (15). Un organe d'actionnement (81) du moyen d'obturation (82) commandé par les moyens d'actionnement cinématiques (15) traverse un conduit de liaison (12) qui s'étend entre les deux cavités (14, 16). La vanne comporte au moins un canal d'évent (19) aménagés depuis le conduit de liaison (12) pour mettre ce conduit à la pression atmosphérique. Application à la recirculation des gaz d'échappement des moteurs de véhicule automobile.

Description

VANNE, NOTAMMENT DE REGULATION DE DEBIT DE GAZ, ET PROCEDE D'ELIMINATION DE CONDENSATS DANS UNE VANNE

DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une vanne et un procédé d'élimination de condensats dans une vanne. Elle concerne également un sous-ensemble d'une telle vanne et un système de recirculation de gaz d'échappement utilisant ladite vanne. L'invention se rapporte en particulier, mais de manière non limitative, à une vanne de régulation de débit de gaz, plus particulièrement une vanne de régulation d'un système de recirculation des gaz d'échappement (appelé système EGR, initiales de « Exhaust Gas Recirculation » en terminologie anglaise) d'un moteur de véhicule. L'invention relève du domaine de la circulation des fluides et du fonctionnement des moyens d'obturation agencés dans les canaux dans lesquels circulent ces fluides. Par moyen d'obturation, l'invention vise tout clapet ou volet ou équivalent apte à faire varier l'ouverture d'un canal de circulation d'un fluide. Un moyen d'obturation est classiquement actionné par un organe qui traverse un conduit qui, d'une part, accède au canal et, d'autre part, débouche dans une cavité où est disposé un mécanisme cinématique d'actionnement du moyen d'obturation. L'ensemble du moyen d'obturation, de l'organe d'actionnement et du mécanisme cinématique forme un organe d'obturation équipant la vanne. ETAT DE LA TECHNIQUE De manière générale, un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne permet de diminuer la quantité d'oxydes d'azote présente dans les gaz d'échappement et la température de ces gaz. Classiquement, un tel système de recirculation comporte un canal de dérivation sur la tubulure d'échappement des gaz, ce canal étant équipé de la vanne de régulation EGR et d'un échangeur thermique. Le débit de recirculation des gaz d'échappement est régulé par la vanne EGR en fonction des différents régimes de fonctionnement du moteur.

Des gaz de recirculation et, de manière générale, tout fluide circulant dans un canal peut contenir des condensats, en particulier des condensats acides qui se déposent sur les moyens d'obturation. Ces condensats migrent alors vers le mécanisme de la cavité cinématique d'actionnement de la vanne via le conduit de liaison entre le canal et la cavité cinématique. La vanne présente ainsi de forts risques de corrosion générale. Par exemple, les systèmes de recirculation EGR et donc les moteurs équipés de tels systèmes risquent de présenter des problèmes de fonctionnement et à court ou moyen terme, la panne.

Un joint d'étanchéité est en général disposé dans le conduit de liaison pour protéger la cavité cinématique. Cependant, de tels joints ne présentent pas une étanchéité totale : ils sont attaqués chimiquement par les condensats et ne résistent pas aux températures élevées, par exemple de l'ordre de 200°C ou plus dans les systèmes EGR. Ainsi, ces joints sont mal adaptés pour s'opposer à la corrosion des mécanismes d'actionnement des organes d'obturation. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose de remédier à ces problèmes de corrosion. L'invention se rapporte ainsi à une vanne comportant une première cavité d'obturation, dans laquelle est logé un moyen d'obturation d'un canal de circulation d'un fluide, et une deuxième cavité, dite cinématique, dans laquelle sont logés des moyens cinématiques d'actionnement du moyen d'obturation, un organe d'actionnement du moyen d'obturation, commandé par les moyens cinématiques d'actionnement et qui traverse un conduit de liaison qui s'étend entre les deux cavités, vanne caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un canal d'évent débouchant dans le conduit pour permettre une mise à la pression atmosphérique de ce conduit. Dans ces conditions, les condensats qui ont migré dans le conduit d'actionnement du moyen d'obturation sont évacués vers l'extérieur par l'évent avant de pouvoir atteindre la cavité des moyens d'actionnement cinématiques. La remontée des condensats jusqu'au mécanisme cinématique d'actionnement est ainsi empêchée.

Avantageusement, il est également prévu au moins un joint d'étanchéité dans le conduit, qui peut aussi former barrière pour la cavité des moyens d'actionnement et/ou le canal de circulation contre les condensats ainsi que les autres impuretés, notamment celles qui pourraient s'introduire par l'évent en cas d'inversion de pression. Selon une forme de réalisation préférée, la vanne comporte une tige et une tête de soupape respectivement comme organe d'actionnement et moyen d'obturation du canal de circulation en dérivation de gaz d'échappement d'un moteur pour former une vanne de régulation EGR.

Selon des modes de réalisation particuliers : - un seul joint d'étanchéité est disposé à une extrémité supérieure du conduit de liaison, située en fond de cavité cinématique ; - deux joints d'étanchéité sont disposés dans le conduit, un joint supérieur et un joint inférieur, le joint supérieur étant disposé à une extrémité supérieure du conduit située en fond de cavité cinématique ou à proximité ; - un trou d'évent débouche dans le conduit entre les joints, la répartition de la pression étant améliorée et l'évacuation des condensats encore plus sûrement assurée ; - deux joints d'étanchéité sont disposés de part et d'autre du trou d'évent, le tout disposé ou à disposer dans un sous-ensemble monobloc de la vanne. Selon des modes de réalisation avantageux, le matériau du joint est choisi parmi un élastomère de FPM (fluorocarboné), de PTFE (polytétrafluoroéthylène) plus connu sous l'appellation commerciale téflon®, et de FPM peroxydé. Le PTFE permet une forte résistance aux températures supérieures à 200°C et le FPM peroxydé permet une résistance ciblée aux condensats acides.

Le matériau du joint supérieur est de préférence un matériau à base de FPM et celui du joint inférieur, situé dans un environnement plus proche des gaz chauds, est de préférence du PTFE. Ce dernier matériau présente en effet une meilleure résistance aux hautes températures.

L'invention a également pour objet un système de recirculation des gaz d'échappement de moteur de véhicule équipé d'au moins une vanne de régulation EGR avec une vanne tel que revendiquée ci-dessus, système qui comporte au moins un canal de dérivation équipé de la vanne de régulation EGR et d'un échangeur thermique, selon des configurations de vanne dite « côté froid » et de vanne dite « côté chaud » suivant que, respectivement, la vanne EGR est disposée en aval ou en amont de l'échangeur thermique selon le sens de circulation des gaz. Quand deux joints sont disposés dans le conduit, ces deux joints sont de préférence en matériau à base de FPM ou FPM peroxydé, dans une configuration « côté froid » et, dans une configuration « côté chaud », le joint supérieur est de préférence en matériau à base de FPM et le joint inférieur en PTFE. Il peut également être avantageux de réaliser une architecture du système combinant les deux configurations pour former une combinaison mixte avec deux vannes EGR, une vanne en configuration « côté froid » et une vanne en configuration « côté chaud » d'un même échangeur agencé entre les deux vannes EGR, afin d'optimiser l'échange thermique. La présente invention a encore pour objet un procédé d'élimination de condensats dans une vanne d'un canal de circulation d'un fluide, cette vanne comportant un moyen d'obturation du canal de circulation et un organe d'actionnement de ce moyen d'obturation, l'organe d'actionnement s'étendant dans un conduit qui débouche dans une cavité logeant un mécanisme d'actionnement du moyen d'obturation, caractérisé par le fait que le conduit dans lequel s'étend l'organe d'actionnement est soumis à la pression atmosphérique. Comme déjà dit, cette mise à l'atmosphère permet alors d'évacuer les condensats qui ont migré du canal de circulation au conduit d'actionnement.30 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et qui se rapporte à des exemples détaillés de réalisation, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - en figures 1 et 2, deux diagrammes de systèmes de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur respectivement selon une configuration « côté froid » et une configuration « côté chaud » ; et - en figure 3, une vue en coupe d'un exemple de vanne de régulation en configuration « côté chaud » du système de recirculation selon la figure 2, et - en figure 4, une vue en perspective partielle d'un sous-ensemble monobloc porte- joint et entrée du canal d'évent. DESCRIPTION DETAILLEE En référence aux figures 1 et 2, un système de recirculation 1 des gaz 15 d'échappement d'un moteur 2 de véhicule comporte un canal de dérivation 3 entre la tubulure d'échappement 4 des gaz - en sortie du moteur 2 vers le dispositif de traitement des gaz 5 - et la tubulure d'admission 6 de l'air en entrée du moteur, via un collecteur d'admission 7. Le canal de dérivation 3 est équipé d'une vanne de régulation EGR V1 et d'un échangeur thermique 9. Le fluide de refroidissement de 20 l'échangeur thermique pourra récupérer l'énergie thermique. Les gaz G récupérés par le canal de dérivation 1 sont ensuite recyclés à l'admission 7 du moteur 2 par addition au flux d'air M. Le débit de recirculation des gaz d'échappement est régulé par la vanne EGR V1 en fonction des différents régimes de fonctionnement du moteur : démarrage, accélération, vitesse lente ou 25 élevée, etc. La régulation du débit des gaz de recirculation est classiquement pilotée par une unité de commande 10 à partir de données de température, de pression et éventuellement d'autres paramètres (humidité, oxygène, etc.), fournies par des capteurs appropriés Cl, C2 et C3 répartis dans les tubulures et canaux du 30 système 1. Cette unité 10 commande alors le débit des gaz par actionnement des 10 vannes V1 à V3 réparties dans le système de recirculation 1, notamment l'ouverture du canal de dérivation 3 par la vanne de régulation EGR V1, suivant le régime de fonctionnement du moteur. Le canal de dérivation présente deux configurations, respectivement illustrées par les figures 1 et 2 : une configuration de vanne « côté froid », dans laquelle l'échangeur 9 est monté en amont de la vanne EGR V1 dans le sens de circulation des gaz G dans le canal de dérivation 3, et une configuration de vanne « côté chaud », dans laquelle la vanne EGR V1 est montée en amont de l'échangeur thermique 9 selon le sens de circulation des gaz G.

Les dénominations utilisées, « côté froid » ou « côté chaud », proviennent respectivement du fait que les gaz sont d'abord refroidis par l'échangeur thermique 9 avant de passer par la vanne V1 ou du fait que les gaz G sont encore chauds dans la vanne V1 avant d'être refroidis dans l'échangeur 9. Selon la configuration adoptée, les joints de la vanne ne sont pas soumis aux mêmes gammes de température et les matériaux de ces joints sont choisis en conséquence, comme cela ressortira ci-après. Ces joints sont par exemple disposés dans la vanne V1 selon la structure détaillée qui va être décrite ci-après, en référence à la figure 3. Sur cette figure 3, la vanne V1 est réalisée dans une structure ou corps 11 en fonderie et comporte un conduit de liaison 12 formé dans la structure 11 et à travers un renfort cylindrique ou palier 13 encastré dans cette structure. La face interne 13i du renfort 13 présente un coefficient de glissement élevé. Ce conduit 12 relie une chambre fermée 14, dans laquelle sont logés des organes cinématiques d'actionnement 15, à une cavité d'obturation 16 qui communique avec le canal de circulation des gaz recyclés G. Une soupape 8 comporte une tige 81 et une tête d'obturation 82 montée en extrémité de la tige 81. La tige de soupape 81 s'étend le long du conduit 12 pour venir se coupler aux organes cinématiques 15 à une extrémité 80 de la tige 81. A l'autre extrémité de la tige 81, la tête d'obturation 82 vient fermer ou ouvrir un orifice 17 de la cavité 16 pour arrêter ou autoriser la circulation des gaz G dans le canal de dérivation. Ici, la soupape 8 traverse la cavité d'obturation 16 dans une tubulure 18 dont la face interne est en vis-à-vis de la tige 81. Dans une variante, non représentée, la soupape pourra être remplacée par un papillon, la tige étant alors entrainée en rotation autour de son axe.

Les organes cinématiques sont pilotés par l'unité de commande 10 (figure 1 ou 2) pour entraîner la tige de soupape 81 en translation dans le conduit 12 entre la position de fermeture illustrée par la figure 3, où l'orifice 17 est fermé par la tête d'obturation 82 de la soupape, et une position d'ouverture où l'orifice 17 est ouvert. Cette ouverture correspond à la position de la tête de soupape 82 hors de la cavité 16. Dans cette position, les gaz passent entre ladite tête d'obturation 12 et le corps de la vanne pour traverser la cavité d'obturation vers et/ou depuis le canal 3. Les organes cinématiques 15 comportent une pignonnerie à roue dentées assemblée de manière connue. La structure 11 présente deux gorges annulaires G1 et G2, formées depuis le conduit 12, dans lesquelles sont logés deux joints d'étanchéité toriques J1 et J2. Ces joints sont traversés par la tige de soupape 12 pour isoler la chambre fermée 14 de la cavité 16. Dans l'exemple illustré, ces joints sont disposés dans le conduit à deux niveaux différents : le premier joint J1 - dit supérieur - est agencé en fond de chambre 14, à l'embouchure du conduit 12, et le deuxième joint J2 - dit inférieur - est aménagé dans le conduit 12 au niveau de la jonction entre la structure 11 et le renfort cylindrique 13. Le joint supérieur J1 est en matériau à base de polymère fluorocarboné FPM, en particulier du FPM peroxydé, et le joint inférieur J2 est en matériau à base de FPM lorsque la configuration est du type « côté froid », et en Téflon® (PTFE) lorsque la configuration est du type « côté chaud ». Le Téflon® résiste en effet mieux aux températures élevées des gaz d'échappement - supérieures à 200° C et pouvant atteindre 300°C - non encore refroidis par l'échangeur thermique. A ces températures, le Téflon® présente une malléabilité suffisante ainsi qu'un effet ressort grâce à la réduction de son module d'Young à ces hautes températures.

Un canal d'évent 19 traverse la structure 11 pour déboucher, d'une part, dans la zone du conduit 12 située entre les deux joints J1 et J2 par un orifice 19e, d'autre part, hors de la structure 11 et donc dans l'atmosphère extérieure par un orifice élargi 19s. Le conduit 12 est ainsi mis à la pression atmosphérique par le canal d'évent 19. Dans le mode de réalisation illustré, par sa position entre les joints, le canal permet d'établir une répartition homogène de la pression dans tout le conduit. Les condensats sont entraînés vers l'extérieur. Ce canal d'évent 19 forme barrière pour la chambre 14, cette barrière étant ici renforcée par les joints d'étanchéité J1, J2. En fonctionnement, les gaz recyclés G sont chargés de condensats - notamment résidus de la combustion du mélange air/carburant - qui viennent se déposer dans la cavité 16 puis migrent dans le conduit 12. Le joint J2 en arrête une grande partie mais son étanchéité n'est pas parfaite et les condensats attaquent chimiquement les joints. L'évent 19 permet alors d'évacuer vers l'extérieur les condensats qui ont traversé le joint J2. Dans le cas où des condensats auraient migré dans le conduit 12 au- delà de l'évent 19, le joint J1 est apte à les arrêter pour une évacuation par l'évent 19. Cette double protection par les deux joints d'étanchéité J1 et J2, combinée à l'évacuation par l'évent 19, permet d'éliminer tous ou quasiment tous les condensats avant qu'ils ne puissent atteindre et encrasser la chambre cinématique 14. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou représentés. Il est par exemple possible de prévoir un seul joint, de préférence en position supérieure et en Téflon® en configuration « côté chaud », ou plus de deux joints dans d'autres variantes. Il peut même être envisagé de ne prévoir aucun joint. En outre, lorsque deux joints sont aménagés dans le conduit de liaison, le joint supérieur J1 est agencé du côté de la chambre cinématique et le joint inférieur J2 du côté de la cavité d'obturation, l'exemple du joint supérieur J1 à l'extrémité du canal 12 n'étant bien entendu pas limitatif. De manière similaire, le joint inférieur J2 peut être aménagé à l'autre extrémité du canal 12 au niveau de la cavité d'obturation. Par ailleurs, plusieurs évents peuvent également être mis en oeuvre afin de multiplier les voies d'évacuation des condensats.

Enfin, comme illustré en figure 4, il est possible de prévoir un sous-ensemble monobloc 30 comportant deux gorges annulaires 31, 32 pour accueillir les joints J1 et J2, un ou plusieurs orifices 33 pour communiquer avec l'orifice d'entrée 19e du canal d'évent 19. Les gorges annulaires 31, 32 sont prévues, par exemple, de part et d'autre d'une partie centrale 34 où sont situés le ou les orifices 33. Une seule des deux gorges peut être prévue. Ledit sous-ensemble présente, par exemple, une forme tubulaire. La partie centrale 34 et les gorges annulaires 31, 32 sont coaxiales. Les orifices 33 sont régulièrement répartis sur la périphérie de la partie centrale. Ils permettent une mise en communication d'un volume intérieur du sous-ensemble avec un canal 35 formé entre la partie centrale et des bords radiaux des gorges annulaires, le canal 35 du sous-ensemble communiquant avec le canal d'évent 19. Cette solution offre une facilité de montage évidente par emmanchement dans le conduit de liaison 12 dont l'usinage pourra de la sorte être simplifié, seul un logement pour le sous-ensemble étant nécessaire plutôt que des logements pour chacun des joints.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Vanne comportant une première cavité d'obturation (16), dans laquelle est logé un moyen d'obturation (82) d'un canal de circulation (3) d'un fluide (G), et une deuxième cavité, dite cinématique (14), dans laquelle sont logés des moyens cinématiques d'actionnement du moyen d'obturation (82), et dans lequel un organe d'actionnement (81) du moyen d'obturation (82) commandé par les moyens cinématiques d'actionnement (15) traverse un conduit de liaison (12) qui s'étend entre les deux cavités (14, 16), la vanne étant caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un canal d'évent (19) débouchant dans le conduit de liaison (12) pour permettre une mise à la pression atmosphérique de ce conduit.
2. 2. Vanne selon la revendication 1, dans lequel il est également prévu au moins un joint d'étanchéité (J1, J2) dans le conduit de liaison (12) agencé pour former aussi barrière pour la cavité (14) des moyens d'actionnement (15) et/ou le canal de circulation contre les condensats et autres impuretés.
3. 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2, comportant une tige (81) et une tête (82) de soupape (8) respectivement comme organe d'actionnement et moyen d'obturation d'un canal de circulation en dérivation (3) de gaz d'échappement (G) d'un moteur (2) pour former une vanne de régulation EGR (V1).
4. 4. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel un seul joint d'étanchéité (J1) est aménagé à une extrémité supérieure du conduit de liaison (12) située en fond de cavité cinématique (14).
5. 5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel deux joints d'étanchéité (J1, J2), un joint supérieur (J1) et un joint inférieur (J2), sont aménagés dans le conduit de liaison (12), le joint supérieur (J1) étant agencé à une extrémité supérieure du conduit de liaison (12) située en fond de cavité cinématique (14) ou à proximité.
6. 6. Vanne selon la revendication 5, dans lequel le canal d'évent (19) débouche dans le conduit de liaison (12) entre les joints (J1, J2).
7. 7. Vanne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 4 à 6, dans lequel le(s) joint(s) sont constitués d'un matériau choisi parmi dans le groupe comprenant un élastomère de FPM, de PTFE et de FPM peroxydé.
8. 8. Vanne selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans 5 lequel le matériau du joint supérieur (J1) est un matériau à base de FPM et celui du joint inférieur (J2) est en PTFE.
9. 9. Sous-ensemble monobloc pour la vanne selon l'une des revendications précédentes, comportant au moins une gorge (31, 32) porte-joint et un orifice d'entrée (33) au canal d'évent (19) de la vanne. 10
10. 10. Système de recirculation EGR des gaz d'échappement de moteur de véhicule équipé d'au moins une vanne de régulation EGR (V1) formée d'une vanne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un canal de dérivation (3) équipé d'au moins une vanne de régulation EGR (V1) et d'un échangeur thermique (9) selon une des configurations 15 de vanne « côté froid » et de vanne « côté chaud ».
11. 11. Système de recirculation EGR selon la revendication 10, dans lequel, la vanne ayant deux joints (J1, J2), les joints (J1, J2) sont en matériau à base de FPM dans une configuration « côté froid » et, dans une configuration « côté chaud », le joint supérieur (J1) est en matériau à base de FPM et le joint inférieur 20 (J2) en PTFE.
12. 12. Procédé d'élimination de condensats dans une vanne d'un canal de circulation (3) d'un fluide (G), cette vanne (V1) comportant un moyen d'obturation (82) du canal de circulation (3) et un organe d'actionnement (81) de ce moyen d'obturation (82), l'organe d'actionnement (81) s'étendant dans un conduit (12) qui 25 débouche dans une cavité (14) logeant un mécanisme d'actionnement (15) du moyen d'obturation (82), caractérisé par le fait qu'on soumet le conduit dans lequel s'étend l'organe d'actionnement (81) à la pression atmosphérique.