FR2984447A1

FR2984447A1 - Vanne de regulation de debit

Info

Publication number: FR2984447A1
Application number: FR1161718A
Authority: FR
Inventors: Gabriel Ridolfi; Antoine Dutot
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-21
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: EP2791558A1; FR2984447B1; JP6126125B2; US20150096542A1; EP2791558B1; CN104067039A; WO2013089540A1; KR20140111291A; JP2015505000A

Abstract

L'invention concerne une vanne (100) qui comporte un corps délimitant un premier conduit (1) débouchant dans un deuxième conduit (2) en définissant une intersection formant un siège (7) perpendiculaire au deuxième conduit (2), un clapet (8) coulissant dans le premier conduit (1) perpendiculairement au siège (7) entre une position de fermeture et une position d'ouverture dans laquelle le clapet (8) s'étend en position d'ouverture au voisinage d'une paroi (5) du premier conduit (1) s'étendant en regard du siège (7), la vanne (100) comportant des moyens d'actionnement (12) commandé du clapet (8) vers sa position d'ouverture et des moyens de rappel élastique du clapet (8) en position de fermeture, la vanne (100) étant agencée pour définir un sens de circulation d'un flux gazeux du premier conduit (1) vers le second conduit (2) de manière que le flux gazeux tende à ramener le clapet (8) en position de fermeture au moins lorsque le clapet (8) s'étend au voisinage de sa position de fermeture.

Description

Vanne de régulation de débit. La présente invention concerne une vanne de régulation de débit utilisable par exemple dans un circuit de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une telle vanne, lorsqu'elle est destinée à assurer un fort débit, peut comprendre un premier conduit, assurant l'admission des gaz d'échappement dans la vanne, et un deuxième conduit, assurant la sortie des gaz de la vanne. Le premier conduit est perpendiculaire au deuxième conduit et débouche dans une portion de liaison du deuxième conduit au premier conduit en définissant une intersection formant un siège d'un clapet coulissant selon une direction perpendiculaire au siège entre une position de fermeture dans laquelle le clapet est appliqué contre le siège et une position extrême d'ouverture dans laquelle le clapet est écarté du siège. Le clapet est mis en mouvement au moyen d'un actionneur entre sa position de fermeture et sa position d'ouverture pour régler l'écartement du clapet par rapport à son siège et ainsi la section de passage des gaz d'échappement, la position extrême d'ouverture assurant un débit maximal des gaz d'échappement dans la vanne.

Une telle vanne est par exemple décrite dans les documents FR2892792, FR2892793 et FR2892794. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de fournir une vanne économique assurant une perméabilité améliorée tout en ayant une structure relativement compacte. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet une vanne qui comporte un corps délimitant un premier conduit débouchant dans un deuxième conduit en définissant une intersection formant un siège perpendiculaire au deuxième conduit, un clapet coulissant dans le premier conduit perpendiculairement au siège entre une position de fermeture et une position d'ouverture dans laquelle le clapet s'étend en position d'ouverture au voisinage d'une paroi du premier conduit s'étendant en regard du siège, la vanne comportant des moyens d'actionnement commandé du clapet vers sa position d'ouverture et des moyens de rappel élastique du clapet en position de fermeture. La vanne est agencée pour définir un sens de circulation d'un flux gazeux du premier conduit vers le second conduit de manière que le flux gazeux tende à ramener le clapet en position de fermeture au moins lorsque le clapet s'étend au voisinage de sa position de fermeture. Ainsi, le flux gazeux traversant la vanne tend à maintenir le clapet en position fermée en étant et assiste les moyens de rappel élastique. Ceci permet de limiter le dimensionnement des moyens de rappel. Par ailleurs, l'agencement du clapet, du premier conduit et du second conduit permet au flux gazeux d'emprunter le plus court chemin entre l'entrée et la sortie de la vanne améliorant sa perméabilité en limitant la gêne engendrée par la présence du clapet. Il est en effet apparu aux inventeurs que de manière surprenante, dans ce type de vanne, le fait prévoir une ouverture contre le flux gazeux ne produisent pas les perturbations et pertes de charges classiques liées au fait que le flux doivent contourner le clapet pour se diriger jusqu'à la sortie. Dans une telle vanne, le clapet peut comprendre une bordure annulaire biseautée destinée à venir prendre appui sur une bordure du siège de forme complémentaire. L'invention concerne également un circuit de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant au moins une vanne du type ci-dessus, le premier conduit étant relié à une ligne d'échappement et le deuxième conduit à un collecteur d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation particulier et non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de la vanne conforme à l'invention en coupe longitudinale selon la ligne I-I de la figure 2 ; - la figure 2 est une vue schématique de la vanne montrant de dessous en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, le contour interne du deuxième conduit et le contour du siège ; - la figure 3 est une vue en perspective montrant par transparence les contours internes de la vanne - la figure 4 est une vue schématique d'un moteur thermique équipé d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement intégrant une vanne conforme à l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, la vanne généralement désignée par 100 comprend un premier conduit 1 destiné à être raccordé à une canalisation d'arrivée de gaz et un deuxième conduit 2 qui s'étend perpendiculairement au conduit 1 et est destiné à être raccordé à une canalisation d'évacuation des gaz.

Le conduit 1 possède une portion de liaison 3 au conduit 2. La portion de liaison 3 comporte deux parois planes 4, 5 en regard l'une de l'autre et reliées par une paroi de fond 6. Le conduit 2 débouche dans la portion de liaison 3 par la paroi plane 4 en définissant une intersection formant un siège 7 pour un clapet 8. Le clapet 8 est reçu dans la portion de liaison 3 et est solidaire d'une tige d'actionnement 9 reçue à coulissement dans un alésage 10 ménagé dans la paroi plane 5. L'alésage 10 s'étend en regard du siège 7 perpendiculairement à celui-ci et débouche dans la portion de liaison 3. La tige d'actionnement 9 est reliée, d'une part, à un actionneur 12, et d'autre part, à des moyens de rappel élastique non représentés, l'ensemble étant fixé à l'extérieur du conduit 1.

Le clapet 8 possède en regard du siège 7 une surface de déviation 13 formée d'une surface de révolution de génératrice incurvée ici en arc de cercle. La surface de déviation 13 a ainsi un profil curviligne ayant une base 14 étroite dirigée vers le siège 7 et s'évasant à l'opposé du siège 7 jusqu'à un bord périphérique 15 du clapet 8. Au niveau du bord périphérique 15, la génératrice vient tangenter un plan perpendiculaire à la direction de coulissement pour se confondre avec ce plan. La base 14 est formée par l'extrémité plane de la tige d'actionnement 9 opposée à l'actionneur 12 qui traverse le clapet 8 et est soudée à celui-ci au niveau de la base 14. Le clapet 8 possède à l'opposé du siège 7 une face arrière 16 plane en saillie du centre de laquelle s'étend un bossage 11. La paroi de fond 6 de la portion de liaison 3 entoure partiellement le clapet 8 parallèlement à la direction de coulissement du clapet 8 et rejoint le reste du conduit 1 dans une zone de raccordement 17. La paroi de fond 6 est écartée du bord périphérique 15 d'une distance dont la détermination est expliquée en relation avec le fonctionnement de la vanne dans la suite de la description. L'actionneur 12 commande ainsi le coulissement du clapet 8 selon une direction perpendiculaire au siège 7 d'une position extrême de fermeture dans laquelle le clapet 8 est appliqué contre le siège 7 vers une position d'ouverture, représentée en figure 1, ou position de levée maximale du clapet 8, dans laquelle le clapet 8 est écarté du siège 7 et le bord périphérique 15 définit avec le siège 7 à l'aplomb de celui-ci une section maximale théorique de passage des gaz, représentée en trait mixte fin sur la figure 3 et référencée 22.

A l'inverse, les moyens de rappel élastique entraine le coulissement du clapet 8 de la position d'ouverture vers la position de fermeture, le flux gazeux assistant les moyens de rappel élastique au moins lorsque le clapet s'étend au voisinage de sa position de fermeture. Les moyens de rappel élastique sont néanmoins dimensionnés pour maintenir le clapet en position fermée en l'absence de flux gazeux. En position extrême d'ouverture, l'actionneur 12 est commandé pour que le clapet 8 s'étende au voisinage immédiat de la paroi 5. Ceci permet d'éviter que les gaz ne viennent circuler en arrière du clapet 8 et provoquer des turbulences perturbant l'écoulement des gaz en amont du clapet. Plus précisément, en position extrême d'ouverture, le bossage 11 du clapet 8 est en appui contre la paroi 5 de telle manière qu'un espace 13 de faible épaisseur soit laissé entre la paroi 5 et le clapet 8. Comme le bossage 11 est en appui contre la paroi 5, le clapet 8 obture l'alésage 10 et empêche que des particules et des saletés véhiculées par les gaz ne viennent s'introduire dans l'alésage 10 et altérer la qualité du coulissement de la tige 9. L'espace 13 laissé entre le clapet 8 et la paroi 5 permet d'éviter un effet ventouse s'opposant au retour du clapet 8 de sa position extrême d'ouverture vers sa position extrême de fermeture. L'appui du clapet 8 sur la paroi 5 par une surface réduite permet de limiter les sollicitations que pourraient engendrer, sur la liaison de la tige 9 au clapet 8, un appui sur une grande surface si la tige 9 et le clapet 8 n'étaient pas exactement perpendiculaires ou si la paroi 5 ou la face arrière 16 présentaient des défauts de planéité. La surface de déviation 13 a pour fonction de renvoyer perpendiculairement au conduit 2 un flux gazeux provenant de celui-ci. Le guidage du flux gazeux par la surface de déviation permet de limiter l'apparition de turbulences dans le flux gazeux lors du passage de celui-ci du premier conduit au deuxième conduit et améliore le débit dans la vanne. La forme de la surface de déviation 13 en surface de révolution de génératrice incurvée facilite la réalisation du clapet. La forme de la génératrice en arc de cercle allie simplicité de réalisation et efficacité. La paroi de fond 6 de la portion de liaison 3 est écartée du bord périphérique 15 d'une distance telle que, pour la position extrême d'ouverture, la paroi de fond 6 définit avec le bord périphérique 15 du clapet 8 et le siège 7 un passage 18 de section croissant depuis un axe médian 19 de la paroi de fond 6 vers la zone de raccordement 17. Plus précisément, la paroi de fond 6 est agencée de telle manière que, pour tout secteur angulaire e défini entre l'axe médian 19 et un point quelconque de la paroi de fond 6, la section de passage 20 définie localement entre la paroi de fond 6, le bord périphérique 15 et le siège 7 au voisinage de ce point est au moins égale à la section efficace de passage 21 définie localement à l'aplomb du siège 7 entre le bord périphérique 15 et le siège 7 dans le secteur angulaire considéré. La section efficace de passage 21 est égale à environ la moitié de la section maximale théorique de passage 22 définie localement dans le secteur angulaire considéré.

La section de passage 20 est au moins égale à la section efficace de passage 21 affectée d'un coefficient k supérieur à 1 et dépendant du secteur angulaire e considéré. En l'espèce, le coefficient k est égal à n divisé par l'angle e en radian (n/0). Ainsi, pour 0=n/4, la section 20 est égale à quatre fois la section 21. Pour les valeurs d'angle e proche de zéro, la paroi de fond 6 est rectiligne et écartée du clapet 8 d'une distance d au niveau de l'axe médian 19 de telle manière que la section 20 soit supérieur à la section 21 même pour les faibles valeurs de e. Le coefficient dépendant de e permet de tenir compte du débit local des gaz d'échappement qui augmente à mesure que e augmente. Ainsi agencée, la vanne n'a pas besoin d'intégrer des moyens de rappel élastique surdimensionnés, ce qui permet d'utiliser des moyens de rappel et un actionneur ayant des structures compactes. Par ailleurs, l'agencement de la vanne permet au flux gazeux d'emprunter le chemin entre l'entrée et la sortie de la vanne sa perméabilité. En référence à la figure 4, une telle vanne 100 est communément utilisée dans un circuit de recyclage des gaz d'échappement (EGR) d'un moteur thermique, le premier conduit 1 étant relié à une ligne d'échappement 24, via un échangeur thermique 28 optionnel, et le deuxième conduit 2 à une ligne d'admission 31 de manière directe ou indirecte. Ainsi, une partie des gaz d'échappement en provenance d'une chambre de combustion 26 du moteur thermique sont déviés en direction de l'échangeur thermique 28 destiné à refroidir les gaz. Une fois refroidis, les gaz se dirigent vers la vanne 100 qui régule la quantité de gaz à injecter dans la ligne d'admission 31 à l'aide d'un calculateur de contrôle 25 (ECU pour « Engine Control Unit » ou unité de contrôle moteur) relié à l'actionneur 12. Le mélange de gaz propres en provenance circulant dans la ligne d'admission 31 et des gaz recyclés en provenance de la vanne 100 sont injectés dans la chambre de combustion 26 permettant un nouveau cycle de fonctionnement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus et est susceptible de variantes qui apparaîtront à l'homme de métier sans sortir du cadre de l'invention telle que définie par les revendications. plus court améliorant Les moyen de butées du clapet en position d'ouverture peuvent être formés d'un bossage d'étendant en saillie de la paroi plane 5. D'une manière générale, la section 20 peut être égale à k fois la section 21 avec 1 k n /e avec e variant entre 0 et 2 n /3 environ de part et d'autre de l'axe médian 19. D'autres dimensionnements sont néanmoins possibles. La combinaison de la forme du premier conduit, la surface de déviation du clapet et son positionnement en position d'ouverture constituent une solution optimale pour maximiser le débit dans la vanne, mais peuvent être agencés différemment selon l'invention telle que définie par les revendications.

Enfin, le moteur intégrant le circuit de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur thermique représenté en figure 4 peut intégrer des composants supplémentaires, tels qu'un compresseur disposé avant la chambre de combustion, un filtre à particule monté à la sortie de la chambre de combustion ou tout autre dispositif améliorant les performances du moteur. Dans les moteurs turbocompressés, le circuit de recyclage peut être raccordé à la ligne d'échappement en amont ou en aval de la turbine et à la ligne d'admission en amont ou en aval du compresseur.

Claims

REVENDICATIONS1. Vanne (100) qui comporte un corps délimitant un premier conduit (1) débouchant dans un deuxième conduit (2) 5 en définissant une intersection formant un siège (7) perpendiculaire au deuxième conduit (2), un clapet (8) coulissant dans le premier conduit (1) perpendiculairement au siège (7) entre une position de fermeture et une position d'ouverture dans laquelle le clapet (8) s'étend en 10 position d'ouverture au voisinage d'une paroi (5) du premier conduit (1) s'étendant en regard du siège (7), la vanne (100) comportant des moyens d'actionnement (12) commandé du clapet (8) vers sa position d'ouverture et des moyens de rappel élastique du clapet (8) en position de 15 fermeture, la vanne (100) étant agencée pour définir un sens de circulation d'un flux gazeux du premier conduit (1) vers le second conduit (2) de manière que le flux gazeux tende à ramener le clapet (8) en position de fermeture au moins lorsque le clapet (8) s'étend au voisinage de sa 20 position de fermeture.
2. Vanne (100) selon la revendication (1), dans laquelle le clapet (8) comprend une bordure annulaire (15) biseautée destinée à venir prendre appui sur une bordure du siège (7) de forme complémentaire. 25
3. Circuit de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur thermique comprenant au moins une vanne (100) selon l'une des revendications précédentes, le premier conduit (1) étant relié à une ligne d'échappement et le deuxième conduit (2) à un collecteur d'admission.