FR3080427A1 - Vanne pour une ligne d'echappement - Google Patents

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Abstract

Cette vanne comprend un corps de vanne (3) délimitant un passage (4) pour les gaz d'échappement, un volet (5) disposé dans le corps de vanne (3), un arbre (7) d'entraînement du volet (5), solidaire du volet (5), au moins un palier (9) de guidage en rotation de l'arbre d'entraînement (7) du volet (5) par rapport au corps de vanne (3), lié au corps de vanne (3), un actionneur (11), et une transmission (13) comprenant un adaptateur (15) rigidement fixé directement à l'arbre d'entraînement (7) du volet (5), la transmission (13) étant agencée pour transmettre un couple moteur entre l'actionneur (11) et l'adaptateur (15). L'adaptateur (15) présente une surface de contact en contact étanche avec une surface complémentaire ménagée sur le palier de guidage (9).

Description

Vanne pour une ligne d’échappement
L’invention concerne en général les vannes pour lignes d’échappement pilotées par des actionneurs.
De telles vannes sont actuellement implantées dans les lignes d’échappement des véhicules haut de gamme. Les constructeurs ne les utilisent pas ou peu dans les lignes d’échappement pour les véhicules d’entrée de gamme, à cause de leur coût.
Dans un avenir proche, il est probable que les normes concernant le niveau de bruit émis par les lignes d’échappement vont être rendues plus sévères. Ceci pourrait forcer les constructeurs automobiles à intégrer des vannes pilotées, même dans les véhicules d’entrée de gamme.
Dans ce contexte, l’invention vise à proposer une vanne pour une ligne d’échappement dont le coût soit modéré.
A cette fin, l’invention porte selon un premier aspect sur une vanne pour une ligne d’échappement, comprenant :
- un corps de vanne délimitant un passage pour les gaz d’échappement ;
- un volet disposé dans le corps de vanne ;
- un arbre d’entraînement du volet, solidaire du volet ;
- au moins un palier de guidage en rotation de l’arbre d’entraînement du volet par rapport au corps de vanne, lié au corps de vanne ;
- un actionneur ;
- une transmission comprenant un adaptateur rigidement fixé directement à l’arbre d’entraînement du volet, la transmission étant agencée pour transmettre un couple moteur entre l’actionneur et l’adaptateur ;
l’adaptateur présentant une surface de contact en contact étanche avec une surface complémentaire ménagée sur le palier de guidage.
Par ailleurs, la vanne peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques cidessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la surface de contact est sphérique, la surface complémentaire étant conique ;
- l’adaptateur est rigidement fixé à une extrémité de l’arbre d’entraînement du volet ;
- l’adaptateur est une plaque ;
- l’adaptateur comprend une zone centrale convexe définissant la surface de contact et présentant un orifice traversé par l’arbre d’entraînement ;
- l’adaptateur comprend une jupe solidaire de la zone centrale et entourant le palier de guidage ;
- la transmission comporte un organe meneur entraîné en rotation par l’actionneur et un organe élastique couplant en rotation l’adaptateur et l’organe meneur ;
- l’organe élastique sollicite la surface de contact de l’adaptateur contre la surface complémentaire du palier de guidage ;
- le palier de guidage comprend un treillis de fils métalliques et/ou comprend un matériau choisi parmi le graphite et la céramique, ou toute combinaison de ce ou ces matériaux avec un treillis de fils métalliques ; et
- la vanne comporte une enveloppe tubulaire dans laquelle est logé le palier de guidage, l’enveloppe tubulaire étant engagée à travers un orifice du corps de vanne et rigidement fixée au corps de vanne.
Selon un second aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement équipée d’une vanne ayant les caractéristiques ci-dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue en perspective d’une partie d’une ligne d’échappement équipée de la vanne de l’invention, l’actionneur n’étant pas représenté ;
- la figure 2 est une vue en perspective de la vanne de la figure 1, sans les conduits d’entrée et de sortie ;
- la figure 3 est une vue en perspective, éclatée, de la vanne des figures 1 et 2, sans les conduits d’entrée et de sortie mais avec l’actionneur ;
- la figure 4 est une vue en section axiale du palier de guidage et de l’adaptateur de la vanne des figures 1 à 3 ; et
- la figure 5 est une vue agrandie d’une zone de la figure 4, montrant le contact entre la surface de contact de l’adaptateur et la surface complémentaire du palier de guidage.
La vanne 1 représentée sur les figures 1 à 3 est destinée à être implantée sur une ligne d’échappement d’un véhicule. Ce véhicule est typiquement un véhicule à moteur thermique, comme par exemple une voiture ou un camion.
La vanne 1 est prévue par exemple pour faire varier la section de passage offerte aux gaz d’échappement dans un organe de la ligne d’échappement, tel que par exemple un tube ou un silencieux, pour moduler la quantité de gaz d’échappement recyclée à l’admission du moteur thermique (EGR, Exhaust Gas Recycling en anglais), ou pour dévier tout ou partie du flux de gaz d’échappement vers un échangeur de chaleur ou vers un conduit de bipasse d’un organe de purification des gaz d’échappement tel qu’un piège à NOX ou un catalyseur SCR (Sélective Catalytic Réduction en anglais, ou Réduction Catalytique Sélective).
La vanne 1 comprend un corps de vanne 3 délimitant un passage 4 pour les gaz d’échappement, un volet 5 disposé dans le corps de vanne 3, et un arbre 7 d’entraînement du volet 5, solidaire du volet 5.
La vanne 1 comporte encore au moins un palier de guidage 9 en rotation de l’arbre d’entraînement 7 du volet 5 par rapport au corps de vanne 3, un actionneur 11, et une transmission 13.
La transmission 13 comprend un adaptateur 15 rigidement fixé directement à l’arbre d’entraînement 7, la transmission 13 étant agencée pour transmettre un couple moteur entre l’actionneur 11 et l’adaptateur 15.
Le corps de vanne 3 présente une entrée 17 de gaz d’échappement et une sortie 19 de gaz d’échappement, le passage 4 s’étendant depuis l’entrée de gaz d’échappement 17 jusqu’à la sortie de gaz d’échappement 19.
Typiquement, comme visible sur la figure 1, un conduit d’entrée 21 est raccordé fluidiquement à l’entrée de gaz d’échappement 17, et un conduit de sortie 23 est raccordé fluidiquement à la sortie de gaz d’échappement 19.
Dans l’exemple représenté, une extrémité du conduit d’entrée 21 est engagée dans l’entrée de gaz d’échappement 17, et une extrémité du conduit de sortie 23 est engagée dans la sortie de gaz d’échappement 19.
Le conduit d’entrée 21 communique fluidiquement avec le collecteur d’échappement captant les gaz d’échappement sortant des chambres de combustion du moteur. D’autres organes, tels que des organes de purification des gaz d’échappement, un turbocompresseur ou tout autre organe adapté, sont généralement interposés entre le collecteur d’échappement et le conduit d’entrée 21.
Le conduit de sortie 23 communique fluidiquement avec la canule par laquelle les gaz d’échappement purifiés sont relargués dans l’atmosphère. D’autres organes, tels que par exemple des silencieux ou des organes de purification des gaz d’échappement, sont généralement interposés entre le conduit de sortie 23 et la canule.
Avantageusement, le corps de vanne 3 est un tube, typiquement de section circulaire.
Le tube est typiquement rectiligne, au sens où il présente une ligne centrale rectiligne.
L’arbre d’entraînement 7 est par exemple un tronçon de tube métallique de faible section. Le volet 5 est par exemple une plaque métallique emboutie. Le volet 5 est par exemple circulaire ou ovale. L’arbre d’entraînement 7 est solidaire du volet 5. Il est rigidement fixé au volet 5 par tous moyens, par exemple par des points de soudure. Dans l’exemple représenté, la vanne 1 est de type papillon, l’arbre d’entrainement 7 s’étendant selon une ligne médiane du volet 5.
L’actionneur 11 et la transmission 13 sont prévus pour déplacer le volet 5 entre une position d’obturation du passage 4, représentée sur la figure 2, et au moins une position dans laquelle le volet 5 dégage le passage 4. Le volet 5 se déplace entre ses différentes positions par pivotement autour d’un axe de rotation X confondu avec l’arbre d’entraînement 7. Dans la présente description, les termes axial et radial s’entendent relativement à l’axe de rotation X du volet 5.
Par ailleurs, la vanne 1 comporte une enveloppe tubulaire 25 dans laquelle est logé le palier de guidage 9. L’enveloppe tubulaire 25 est cylindrique, et son axe central est confondu avec l’axe de rotation X du volet 5.
L’enveloppe tubulaire 25 est engagée à travers un orifice 27 du corps de vanne 3, et est rigidement fixée au corps de vanne 3. L’enveloppe tubulaire 25 est par exemple soudée de manière étanche au bord de l’orifice 27. Elle présente une extrémité interne 29 située à l’intérieur du corps de vanne 3, et une extrémité externe 31 située à l’extérieur du corps de vanne 3. L’enveloppe tubulaire 25 est creuse.
Elle comporte une paroi cylindrique 32, coaxiale à l’axe de rotation X du volet 5, et fermée par un fond 33 à l’extrémité interne 29. Le fond 33 est percé d’un trou central 35 pour le passage de l’arbre d’entraînement 7.
L’enveloppe tubulaire 25, à son extrémité externe 31, est entièrement ouverte.
Le palier de guidage 9 présente la forme d’un cylindre creux. Comme illustré sur la figure 4, il présente un passage central 36, coaxial à l’axe de rotation X du volet 5, et placé dans le prolongement du trou central 35. Le passage central 36 reçoit intérieurement l’arbre d’entraînement 7.
Le palier de guidage 9 est logé à l’intérieur de l’enveloppe tubulaire 25 et remplit sensiblement tout le volume interne de l’enveloppe tubulaire 25, entre l’arbre d’entraînement 7 et la paroi cylindrique 32 de l’enveloppe tubulaire 25.
Le palier de guidage 9 présente une extrémité inférieure 37 en appui sur le fond 33. L’extrémité supérieure du palier de guidage 9 est délimitée par une surface libre 39. La surface libre 39 est tournée axialement à l’opposé du corps de vanne 3.
Le passage central 36 débouche au centre de la surface libre 39.
La surface libre 39 présente, à partir du passage central 36, une première surface tronconique 41, qui s’étend à partir du passage 36 radialement vers l’extérieur et axialement suivant une direction opposée au corps de vanne 3. La première surface tronconique 41 se prolonge radialement vers l’extérieur par une surface annulaire 43, sensiblement perpendiculaire à l’axe de rotation X du volet 5. La surface annulaire 43 se poursuit par une seconde surface tronconique 45, s’étendant à partir de la surface annulaire 43 radialement vers l’extérieur et axialement vers le corps de vanne 3. La surface tronconique 45 se raccorde avec une surface radialement externe 47 du palier de guidage 9, qui est en appui contre la paroi cylindrique 32 de l’enveloppe tubulaire 25.
L’adaptateur 15 est rigidement fixé directement à une extrémité 49 de l’arbre d’entraînement 7 qui fait saillie hors du palier de guidage 9.
Selon l’invention, l’adaptateur 15 présente une surface de contact 51 en contact étanche avec une surface complémentaire 53 ménagée sur le palier de guidage 9 (figures 4 et 5). Ce contact assure une étanchéité vis-à-vis des gaz d’échappement qui remonteraient à partir du passage 4 le long de l’arbre d’entraînement 7.
Avantageusement, la surface de contact 51 est sphérique, et la surface complémentaire 53 est tronconique. Le contact entre la surface de contact 51 et la surface complémentaire 53 est linéaire.
Plus précisément, la surface de contact 51 présente, dans des plans radiaux à partir de l’axe de rotation X du volet 5, des sections en arc de cercle.
La surface complémentaire 53 est typiquement une partie de la première surface conique 41.
Le palier de guidage 9 comprend un treillis de fils métalliques et/ou comprend un matériau choisi parmi le graphite et la céramique, ou toute combinaison de ce ou ces matériaux avec un treillis de fils métalliques.
Il est par exemple entièrement réalisé en un treillis de fils métalliques, ou entièrement en graphite ou en céramique, ou encore il comprend à la fois un treillis de fils métalliques et du graphite et/ou de la céramique.
L’adaptateur 15 est typiquement une plaque. Cette plaque est mise en forme selon tous les procédés adaptés. Par exemple, la plaque est emboutie.
En variante, l’adaptateur 15 est une pièce frittée ou usinée.
L’adaptateur 15 comporte une zone centrale 55 convexe définissant la surface de contact 51. La zone centrale 55 est convexe vers le palier 9.
La zone centrale 55 présente un orifice 57, dans lequel est engagé l’arbre d’entraînement 7. L’arbre d’entraînement 7, et plus précisément l’extrémité 49 de l’arbre d’entraînement 7, est typiquement soudée de manière étanche au bord de l’orifice 57.
Par exemple, la zone centrale 55 comporte une portion centrale 59 plane, perpendiculaire à l’axe de rotation X du volet 5, dans laquelle est ménagé l’orifice 57. La portion centrale 59 se prolonge radialement vers l’extérieur par une portion annulaire 61 entourant la portion centrale 59. Cette portion 61, considérée en coupe dans des plans radiaux par rapport à l’axe de rotation X du volet 5, présente une forme d’arc de cercle, et définit la surface de contact 51.
L’adaptateur 15 comporte par ailleurs une jupe 63 solidaire de la zone centrale 55 et entourant le palier de guidage 9. La jupe 63 présente une forme cylindrique, coaxiale à l’axe de rotation X du volet 5. Elle présente un bord supérieur 65 raccordé à la zone centrale 55 par une partie intermédiaire 67. Considéré en coupe dans des plans radiaux à partir de l’axe de rotation X du volet 5, la partie intermédiaire 67 forme un rebroussement, c’est-à-dire un U dont le segment central arqué est tourné axialement dans une direction opposée au corps de vanne 3. La jupe 60 présente également un bord inférieur 69, opposé au bord supérieur 65. Ce bord inférieur 69 est libre.
La transmission 13 comporte un organe meneur 71 entraîné en rotation par l’actionneur 11 et un organe élastique 73 couplant en rotation l’adaptateur 15 et l’organe meneur 71.
L’actionneur 11 est par exemple un motoréducteur. L’organe meneur 71 dans ce cas est par exemple une extrémité d’un arbre de sortie de l’actionneur 11.
L’organe meneur 71 est couplé en rotation à l’adaptateur 15 seulement par l’organe élastique 73.
Celui-ci est par exemple un ressort constitué d’un fil métallique courbé.
Une extrémité 75 de l’organe élastique 73 est par exemple engagée dans une encoche, non représentée, ménagée dans l’organe meneur 71. Une extrémité opposée 77 de l’organe élastique 73 est engagée dans des encoches 79 ménagées dans l’adaptateur 15. Ces encoches ont été représentées seulement sur les figures 4 et 5.
Elles sont découpées dans la partie intermédiaire 67, typiquement dans deux zones de la partie intermédiaire 67 diamétralement opposées par rapport à l’axe de rotation X du volet 5.
L’organe élastique 73 est conformé pour solliciter axialement la surface de contact 51 contre la surface complémentaire 53 du palier de guidage 9.
L’actionneur 11 est rigidement fixé à un support 81, lui-même rigidement fixé à l’enveloppe tubulaire 25. Il est ainsi maintenu dans une position où l’arbre de sortie de l’actionneur 11 est aligné avec l’arbre d’entraînement 7.
Le fonctionnement de la vanne 1 va maintenant être décrit.
Le volet 5 est déplacé entre ses différentes positions en activant l’actionneur 11. Le couple généré au niveau de l’organe meneur 71 est transmis par l’organe élastique 73 à l’adaptateur 15. Celui-ci est rigidement fixé à l’arbre d’entraînement 7, de telle sorte que le couple est transmis à l’arbre d’entraînement 7 et au volet 5. L’organe élastique 73 sollicite par ailleurs l’adaptateur 15 axialement vers le corps de vanne 3. Ceci permet d’exercer une sollicitation plaquant la surface de contact 51 contre la surface complémentaire 53.
Un haut degré d’étanchéité est ainsi obtenu, empêchant les gaz d’échappement remontant le long de l’arbre d’entraînement 7 de s’échapper en passant entre le palier de guidage 9 et l’adaptateur 15.
La vanne 1 décrite ci-dessus présente de multiples avantages.
Du fait que l’étanchéité aux gaz d’échappement est obtenue par un contact étanche entre la surface de contact de l’adaptateur 15 et une surface complémentaire 53 du palier de guidage 9, il n’est pas nécessaire de prévoir des organes supplémentaires, spécialement prévus pour réaliser cette étanchéité. La structure de la vanne 1 est simplifiée, et son coût est réduit.
Prévoir une surface de contact 51 sphérique et une surface complémentaire 53 conique permet d’obtenir une excellente étanchéité, même si l’adaptateur 15 est légèrement désaxé par rapport au palier de guidage 9.
Le fait de fixer directement l’adaptateur 15 à une extrémité de l’arbre d’entraînement 7 permet une construction simple et économique de la vanne 1 selon l’invention.
Le fait de réaliser l’adaptateur 15 sous forme de plaque permet également d’abaisser les coûts de fabrication, l’adaptateur 15 pouvant être réalisé par emboutissage, de manière simple et économique.
Prévoir une zone centrale convexe 55 sur l’adaptateur 15 permet de réaliser de manière simple la surface de contact 51.
La jupe 63 de l’adaptateur 15 protège le palier de guidage 9 des projections extérieures pouvant se produire quand le véhicule automobile se déplace.
Le fait que le ressort permet à la fois de transmettre le couple entre l’organe meneur 71 et l’adaptateur 15 et de plaquer la surface de contact 51 contre la surface complémentaire 53 permet d’obtenir de manière très économique une excellente étanchéité.
Le matériau composant le palier de guidage 9 est bien adapté pour obtenir un contact étanche.
Le fait de réaliser le palier de guidage 9 sous la forme d’un organe inséré dans une enveloppe tubulaire 25, elle-même engagée à travers un orifice 27 du corps de vanne 3, contribue également à réduire le coût de fabrication de la vanne.
La vanne 1 peut présenter de multiples variantes.
La surface de contact 51 pourrait être conique et la surface complémentaire 53 sphérique. Alternativement, le contact entre la surface de contact 51 et la surface complémentaire 53 n’est pas un contact linéaire mais se fait sur une surface à deux dimensions. Par exemple, la surface de contact 51 et la surface complémentaire 53 sont toutes deux tronconiques et ont la même forme.
L’adaptateur 15 peut avoir une forme différente de celle décrite ci-dessus. Par 5 exemple, l’adaptateur 15 est un levier dont une extrémité est solidaire de l’arbre d’entraînement 7. C’est cette extrémité qui définit la surface de contact 51 assurant le contact étanche avec le palier de guidage 9. Le levier est déplacé par l’actionneur.
Selon une autre variante, le palier de guidage 9 et l’enveloppe tubulaire 25 ne sont pas deux pièces séparées l’une de l’autre, mais une seule pièce massive, par exemple 10 réalisée en acier inoxydable.
Dans l’exemple de réalisation décrit ci-dessus, la vanne 1 comporte un palier unique, de grande longueur, monté au niveau de l’extrémité de l’arbre d’entraînement 7 accouplé en rotation à l’actionneur 15. En variante, la vanne 1 comporte en plus un second palier, guidant en rotation l’extrémité de l’arbre d’entraînement 7 opposée à 15 l’adaptateur 15.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur une ligne d’échappement équipée d’une vanne 1 ayant les caractéristiques ci-dessus.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1Vanne pour une ligne d’échappement, la vanne (1 ) comprenant :
    - un corps de vanne (3) délimitant un passage (4) pour les gaz d’échappement ;
    - un volet (5) disposé dans le corps de vanne (3) ;
    - un arbre (7) d’entraînement du volet (5), solidaire du volet (5) ;
    - au moins un palier (9) de guidage en rotation de l’arbre d’entraînement (7) du volet (5) par rapport au corps de vanne (3), lié au corps de vanne (3) ;
    - un actionneur (11) ;
    - une transmission (13) comprenant un adaptateur (15) rigidement fixé directement à l’arbre d’entraînement (7) du volet (5), la transmission (13) étant agencée pour transmettre un couple moteur entre l’actionneur (11) et l’adaptateur (15) ;
    l’adaptateur (15) présentant une surface de contact (51) en contact étanche avec une surface complémentaire (53) ménagée sur le palier de guidage (9).
  2. 2. - Vanne (1) selon la revendication 1, dans laquelle la surface de contact (51) est sphérique, la surface complémentaire (53) étant conique.
  3. 3. - Vanne (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’adaptateur (15) est rigidement fixé à une extrémité (49) de l’arbre d’entraînement (7) du volet (5).
  4. 4. - Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’adaptateur (15) est une plaque.
  5. 5. - Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’adaptateur (15) comprend une zone centrale (55) convexe définissant la surface de contact (51) et présentant un orifice (57) traversé par l’arbre d’entraînement (7).
  6. 6. - Vanne (1) selon la revendication 5, dans laquelle l’adaptateur (15) comprend une jupe (63) solidaire de la zone centrale (55) et entourant le palier de guidage (9).
  7. 7. - Vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la transmission (13) comporte un organe meneur (71) entraîné en rotation par l’actionneur (11) et un organe élastique (73) couplant en rotation l’adaptateur (15) et l’organe meneur (71).
  8. 8. - Vanne (1) selon la revendication 7, dans laquelle l’organe élastique (73) sollicite la surface de contact (51) de l’adaptateur (15) contre la surface complémentaire (53) du palier de guidage (9).
  9. 9. - Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le palier de guidage (9) comprend un treillis de fils métalliques et/ou comprend un matériau choisi parmi le graphite et la céramique, ou toute combinaison de ce ou ces matériaux avec un treillis de fils métalliques.
  10. 10. - Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la vanne (1) comporte une enveloppe tubulaire (25) dans laquelle est logé le
    5 palier de guidage (9), l’enveloppe tubulaire (25) étant engagée à travers un orifice (27) du corps de vanne (3) et rigidement fixée au corps de vanne (3).
  11. 11, - Ligne d’échappement comprenant une vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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