FR3081152A1 - Recipient equipe d'une valve d'etancheite a air - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un récipient (1) comportant : - un fond (10) ; - un orifice d'évacuation (2) réalisé dans ledit fond (10); et - une valve (3) mobile entre - une position de fermeture dans laquelle ladite valve (3) obture l'orifice d'évacuation (2), et - une position d'ouverture dans laquelle ladite valve (3) libère l'orifice d'évacuation (2) ; Le récipient (1) contient de l'air sous pression, la pression de l'air P2 pouvant augmenter jusqu'à une valeur de pression maximale P2max supérieure à une pression à l'extérieur du récipient P1. Selon l'invention, le récipient (1) comprend un organe de rappel (7) présentant un état de repos et un état déformé. L'organe de rappel (7) coopère avec la valve (3) de manière à ce que l'organe de rappel (7), dans son état de repos, maintienne la valve (3) en position de fermeture pendant la phase de variation de la pression de l'air P2 dans le récipient.

Description

RECIPIENT EQUIPE D'UNE VALVE D'ETANCHEITE A AIR
L' invention se rapporte à un récipient qui nécessite en même temps l'évacuation du liquide et l'étanchéité à air. Particulièrement, l'invention se rapporte à un récipient fermé par une valve qui s'ouvre pour évacuer du liquide dans le récipient. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un récipient doté des caractéristiques précitées et faisant partie d'un filtre à air, de préférence d'un filtre à air de véhicule automobile.
Dans le domaine des véhicules automobiles, un filtre à air est installé dans le compartiment moteur pour aspirer de l'air atmosphérique dans la ligne d'admission du moteur. Le filtre à air comprend, de manière générale, un récipient couvrant un élément filtrant permettant de retenir la poussière et de l'humidité dans l'air.
L'humidité retenue par le filtre à air s'accumule sous forme de liquide dans le filtre à air. Pour évacuer le liquide accumulé, des orifices d'évacuation sont pratiqués dans le récipient. Par exemple, ces orifices d'évacuation sont réalisés dans un fond du récipient en regard du sol. Ainsi, le liquide évacue via ces orifices par l'effet de gravité.
Dans certains modèles de filtre à air, une valve est rajoutée à l'orifice d'évacuation pour éviter une éventuelle fuite d'air par cet orifice, et pour limiter ainsi les pertes de charge du système d'admission d'air. Une autre fonction de la valve est d'empêcher toute introduction du liquide venant de l'extérieur par l'orifice d'évacuation. A titre d'exemple, l'introduction est possible lors d'un passage à gué.
De manière générale, la valve est maintenue en position de fermeture grâce à la différence de pression entre l'intérieur du récipient et l'extérieur. En effet, la pression interne du filtre à air doit être inférieure à celle de l'extérieur afin de créer une dépression pour aspirer de l'air dans le filtre à air.
Cependant, parfois, la pression interne du filtre à air varie de manière temporaire et répétitive. Cette variation de la pression est due au déplacement des soupapes dans le cartercylindre, ce qui crée des ondes de pression qui remontent jusqu'au bout de la ligne d'admission où se trouve le filtre à air. Ce phénomène est encore appelé les pulsations de pression de la veine d'air circulant à l'intérieur de ligne d'admission.
Pendant cette phase de pulsation, la pression de l'air dans le filtre à air peut augmenter jusqu'à une valeur supérieure à la pression extérieure. Dans ce cas, la valve est déplacée vers l'extérieur et vers une position d'ouverture dans laquelle l'orifice d'évacuation est dégagé. Par conséquent, de l'air peut fuiter vers l'extérieur via cet orifice. Il y a donc un risque de pertes de charge du système d'admission d'air, sans compter un éventuel risque d'introduction du liquide de l'extérieur dans le filtre à air.
Par ailleurs, la montée et la descente alternées de la pression dans le filtre à air pendant la phase de pulsation engendrent des contacts intermittents entre la valve et le récipient. Ces contacts se manifestent par un bruit de clapet perceptible à l'oreille.
Ainsi, un des objectifs de l'invention est de proposer un récipient fermé par une valve qui résiste à la variation de pression interne du récipient, ce qui permet de réduire, voire de supprimer le phénomène de « bruit de clapet ».
A cet effet, l'invention concerne un récipient comportant :
- un fond ;
- un orifice d'évacuation de liquide réalisé dans ledit fond ; et
- une valve mobile entre
- une position de fermeture dans laquelle ladite valve obture l'orifice d'évacuation, et
- une position d'ouverture dans laquelle ladite valve libère l'orifice d'évacuation ;
En outre, le récipient contient de l'air sous pression, la pression de l'air P2 pouvant augmenter jusqu'à une valeur de pression maximale P2max supérieure à une pression à l'extérieur du récipient Pi.
Selon l'invention, le récipient comprend un organe de rappel présentant un état de repos et un état déformé. L'organe de rappel, dans son état de repos, maintient la valve en position de fermeture lorsqu'une pression interne du récipient au niveau du fond P2int satisfait à l'équation (1) suivante
P2int — P2max ( 1 ) ·
Par ailleurs, l'organe de rappel passe de l'état de repos à l'état déformé permettant l'ouverture de la valve lorsque la pression interne du récipient au niveau du fond P2int satisfait à l'équation (2) suivante
P2int > ?2max ( 2 ) .
Ainsi, grâce à l'organe de rappel, la valve est maintenue fermée même si la pression de l'air à l'intérieur du récipient atteint une valeur supérieure à celle de la pression de l'extérieur. En d'autres termes, l'organe de rappel apporte de la résistance au phénomène de pulsation de l'air dans le récipient.
En outre, l'organe de rappel est conçu de manière à permettre l'ouverture de la valve lorsqu'il y a la présence d'un autre élément, par exemple du liquide, dans le récipient.
Un récipient selon l'invention est particulièrement adapté pour un filtre à air. Un filtre à air comportant le récipient selon l'invention permet de réduire, voire de supprimer le phénomène de « bruit de clapet » présenté précédemment.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque du liquide s'accumule dans le fond du récipient, la pression interne du récipient au niveau du fond P2int est calculée selon l'équation (3) suivante
Ρ',ϋηΙ — El + P liquide ( 3 ) avec Piiquide = pgh, h étant la hauteur du liquide mesuré à partir du fond du récipient, p étant la masse volumique du liquide et g étant l'accélération de la pesanteur;
- l'organe de rappel passe de l'état de repos à l'état déformé permettant l'ouverture de la valve lorsque la pression interne du récipient au niveau du fond P2int répond à la fois à des deux critères (4) et (5) suivants
Plint > Plmax ( 4 ) et
Plint ~ P'1 Piiquide critique ( 6 ) avec Piiquide critique la pression critique du liquide lorsque le liquide atteint une hauteur critique prédéfinie.
Ainsi, l'organe de rappel coopère avec la valve de manière à la laisser s'ouvrir dès lors que le liquide atteint une hauteur critique prédéfinie et que la pression interne au niveau du fond est supérieure à la pression maximale de l'air dans le récipient.
Par définition, une hauteur critique est la hauteur du liquide à partir de laquelle le liquide doit être évacué du récipient pour éviter tout risque d'altérer le bon fonctionnement des éléments contenus dans le récipient. Par exemple, il peut s'agir d'un élément filtrant dans le cas d'un filtre à air. La hauteur critique prédéfinie peut être de l'ordre d'un centimètre.
Par conséquent, lorsque la valve s'ouvre, l'orifice d'évacuation est libéré, ce qui permet l'écoulement du liquide via cet orifice vers l'extérieur.
De cette manière, le récipient selon l'invention résiste aux pulsations de la veine d'air dans la ligne d'admission tout en permettant une évacuation du liquide hors du récipient.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la valve comprend un plateau d'appui transmettant la pression du liquide à l'organe de rappel. Ainsi, le plateau d'appui facilite la déformation de l'organe de rappel sous la pression dans le récipient.
Selon une caractéristique de l'invention, la valve comprend une butée de fin de course en position d'ouverture. Ainsi, la butée de fin de course permet de retenir la valve dans l'orifice d'évacuation, ce qui évite la séparation de la valve du récipient.
Selon les deux derniers paragraphes, la butée de fin de course et le plateau d'appui sont réalisés en une seule pièce. Il s'agit donc, ici, d'une conception simple et économique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'orifice d'évacuation est composé de plusieurs ouvertures traversantes, dont une ouverture centrale. Dans ce mode de réalisation, la valve comprend
- une tige engagée dans l'ouverture centrale et comprenant une première extrémité située à l'extérieur du récipient et une deuxième extrémité située à l'intérieur du récipient ;
- un chapeau à base circulaire fixé à la première extrémité de la tige ; la dimension de la base étant supérieure à celle de l'orifice d'évacuation ;
- un plateau d'appui entourant la tige et situé à l'opposé du chapeau ;
Par ailleurs, l'organe de rappel est un ressort à boudin entourant la tige entre le plateau d'appui et l'orifice d'évacuation.
L'invention concerne également un filtre à air comprenant un récipient selon l'invention.
L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un filtre à air selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, de manière schématique, une vue partielle d'un exemple de réalisation du récipient selon l'invention, ledit récipient comportant un orifice d'évacuation, une valve engagée dans ledit orifice et en position de fermeture, et un organe de rappel dans un premier état non déformé ;
- la figure 2 représente, de manière schématique, une vue de dessous du récipient montrant l'orifice d'évacuation ;
- la figure 3 représente, de manière schématique, la même vue que la figure 1 avec la valve dans une position d'ouverture, l'orifice d'évacuation dégagé et l'organe de rappel dans un deuxième état élastiquement déformé.
Dans le présent document, sauf indication contraire, les termes « haut », « bas », « inférieur », « supérieur » correspondent au haut et au bas des figures 1 et 3 telles qu'elles sont présentées. Par ailleurs, le terme « vertical » désigne la direction s'étendant de haut en bas des figures 1 et 3 .
En référence à la figure 1, une partie inférieure 10 d'un récipient 1, orientée face au sol, est illustrée. Dans la suite du document, la partie inférieure sera appelée un fond 10 du récipient 1.
Un orifice d'évacuation 2 est pratiqué dans ce fond 10. Dans l'exemple présenté, l'orifice d'évacuation 2 est composé de plusieurs ouvertures traversantes 21, 22. Comme illustré à la figure 2, l'orifice d'évacuation 2 comprend une ouverture centrale circulaire 21 et deux ouvertures latérales 22 disposées de part et d'autre de l'ouverture centrale circulaire 21. Plus précisément, les ouvertures latérales 22 sont symétriques par rapport à un axe I passant par un centre O de l'ouverture centrale circulaire 21. Ici, chaque ouverture latérale 22 est en forme de croissant ou de banane.
Une valve 3 obture l'orifice d'évacuation 2 et mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Sur la figure 1, la valve 3 est en position de fermeture.
Dans cet exemple, la valve 3 a la forme d'un parapluie mis à l'envers. La valve 3 comprend une tige 4 cylindrique traversant l'ouverture centrale circulaire 21. La tige 4 s'étend verticalement et comprend une partie qui se trouve à l'intérieur du récipient, dite partie intérieure 41, et une partie qui se trouve à l'extérieur, dite partie extérieure 42.
Ici, le diamètre de l'ouverture centrale circulaire 21 est à peine plus grand que celui de la tige 4 de façon à permettre le coulissement de la tige 4 au long de cette ouverture 21.
Un chapeau 6 est fixé sur une extrémité extérieure 43 de la tige 4. Dans l'exemple illustré, le chapeau 6 se présente sous forme de dôme et comprenant un sommet 61 arrondi et une base 62 circulaire. Le sommet 61 du chapeau 6 est situé en bas tandis que la base 62 est située en haut. Dans cet exemple, le chapeau 6 et la tige 4 sont réalisés en une seule pièce. Alternativement, ils peuvent être des pièces distinctes et assemblées l'une avec 1'autre.
La base 62 du chapeau 6 a une dimension supérieure à celle de l'orifice d'évacuation 2 de façon que lorsque la valve 3 est en position de fermeture, la base 62 du chapeau 6 obstrue complètement l'orifice d'évacuation 2. La valve 3, ainsi positionnée, empêche la fuite d'air à travers cet orifice 2.
Dans l'exemple illustré, la dimension de la base 62 du chapeau 6 est le diamètre de celle-ci alors que la dimension de l'orifice d'évacuation 2 est la distance di entre le centre O de l'ouverture centrale circulaire 21 et un point K sur une des ouvertures latérales 22 qui est le plus éloigné de ce centre O. Cette distance di est représentée sur la figure 2.
Un anneau 5 est monté autour de la tige 4 à l'opposé du chapeau 6, précisément à une partie 41 de la tige située à l'intérieur du récipient 1.
En outre, un organe de rappel 7, ici un ressort à boudin 71, entoure le long de la tige 4 entre l'anneau 5 et l'orifice d'évacuation 2. L'organe de rappel 7 est situé à l'intérieur du récipient 1. Sur la figure 1, l'organe de rappel 7 est dans un état de repos, encore appelé état non déformé.
La valve 3 et l'organe de rappel 7 sont configurés de manière à ce que l'organe de rappel 7 en état de repos présente une longueur L et que ladite longueur L soit sensiblement égale à une longueur dz d'une portion de la tige 4 qui se trouve entre l'anneau 5 et une face interne 11 du fond 10. De plus, cette longueur dz de la tige 4 est la longueur pour laquelle la valve 3 est en position de fermeture, c'est-à-dire quand le chapeau 6 est en contact avec le récipient 1 et la base 62 du chapeau 6 couvre totalement l'orifice d'évacuation 2.
Par ailleurs, l'organe de rappel 7 est conçu de manière à pouvoir résister à la variation de la pression de l'air à l'intérieur du récipient P2, donc au différentiel entre la pression de l'air à l'intérieur du récipient P2, dite pression interne P2, et la pression à l'extérieur du récipient Pi, dite pression externe Pi.
En effet, dans le cas d'un filtre à air, la pression interne P2 est inférieure à la pression externe Pi, ce qui permet de maintenir la valve 3 à la position de fermeture telle que représentée sur la figure 1. Cependant, quand le phénomène de pulsation se produit, la pression interne P2 varie et peut augmenter à une valeur de pression maximale P2max supérieure à celle de la pression externe Pi. Pendant cette phase de pression montante, la valve risque de s'ouvrir.
Pour diminuer, voire supprimer ce risque, l'organe de rappel 7 selon l'invention est configuré de manière à ne pas se déformer pendant cette phase de pulsation. Concrètement, selon l'invention et dans cet exemple, l'organe de rappel 7 est configuré de manière à rester en état de repos tant que la pression interne mesurée au niveau du fond du récipient P2int est inférieure ou égale à la pression maximale P2max, ou P2int - Pzmax·
A noter que la pression interne mesurée au niveau du fond du récipient P2int est la pression que subit la face interne 11 du fond 10.
En l'absence de liquide dans le récipient, la pression interne au niveau du fond P2int est égale à la pression de l'air à l'intérieur du récipient.
Par conséquent, tant que la pression interne au niveau du fond P2int reste inférieure ou égale à la pression P2max, l'organe de rappel 7 empêche la descente de la valve vers le bas par l'effet de gravité.
A titre d'exemple, la configuration de l'organe de rappel 7 peut par exemple consister à lui conférer une rigidité qui répond à la condition susmentionnée.
En référence à la figure 3, la valve 3 est en position d'ouverture et du liquide se trouve à l'intérieur du récipient
1.
Dans le cas d'un filtre à air, il arrive souvent que du liquide, originaire de l'humidité présente dans l'air, s'accumule dans le fond 10 du récipient 1. Dans la plupart des cas, le liquide accumulé dans un filtre à air est de l'eau. Il est nécessaire d'évacuer cette quantité d'eau pour assurer le bon fonctionnement du filtre à air et pour éviter que l'air filtré ne redevienne humide à cause de l'eau présente à l'intérieur du filtre, ce qui pourrait impacter le rendement de combustion du moteur.
Pour cette raison, l'organe de rappel 7 est configuré pour passer de l'état de repos à l'état déformé permettant l'ouverture de la valve 3. L'orifice d'évacuation 2 est ainsi dégagé et l'eau peut s'écouler à travers cet orifice 2.
Concrètement, lorsque l'eau s'accumule dans le fond 10 du récipient 1, la pression interne du récipient au niveau du fond P2int est calculée selon l'équation suivante :
Flint ~ + Piiquide avec Piiquide = pgh, h étant la hauteur de l'eau mesurée à partir du fond 10 du récipient, p étant la masse volumique de l'eau et g l'accélération de la pesanteur.
Lorsque la pression est calculée en Pascal, l'unité de la hauteur h est en mètre, l'unité de la masse volumique p est en kg.im3 et l'unité de l'accélération g est en N.kg-1
L'organe de rappel se déforme à partir du moment où la pression interne au niveau du fond P2int satisfait à la fois aux deux critères suivants :
P'2i.nt > Plmax Pünt ~ P'2 2 Piiquide critique avec Piiquide critique la pression critique du liquide lorsque l'eau atteint une hauteur critique prédéfinie. La pression critique du liquide Piiquide critique est calculée comme suit :
^liquide critique Pgh-critique .
La valeur de la hauteur critique est définie par le concepteur du récipient et elle peut être changée en fonction de la forme et/ou de la structure du récipient.
Ainsi, l'organe de rappel 7 passe de l'état de repos à l'état déformé lorsque l'eau monte à une hauteur critique prédéfinie et que la pression interne au niveau du fond Piint est supérieure à la valeur maximale de la pression de l'air Pimax· A titre d'exemple, la hauteur critique est par exemple environ d'un centimètre.
A noter que dès que l'eau se trouve dans le récipient, cette quantité d'eau applique une force sur la base du chapeau, précisément sur des portions 63 de la base 62 qui se trouvent en face des ouvertures latérales 22. Autrement dit, les portions 63 en face des ouvertures latérales 22 subissent une pression p exercée par la masse d'eau présente dans le récipient
En fonction de la quantité d'eau dans le récipient, cette pression p est soit négligeable soit contributive à l'ouverture de la valve 3. Par exemple, si l'eau est à un niveau inférieur à celui de la valeur critique, la pression p n'est pas suffisante pour s'opposer à la force de maintien de l'organe de rappel 7. En revanche, si l'eau est au niveau critique, la pression p s'ajoute à la pression de l'eau exerçant sur le plateau d'appui afin de déplacer la valve 3 vers l'extérieur, donc vers la position d'ouverture.
Comme illustré à la figure 2, une fois que les critères précités sont réunis, la masse du liquide, sous l'effet de gravité, exerce une force d'appui F sur l'anneau. Celui-ci transmet l'effort à l'organe de rappel 7. L'anneau sert donc d'un plateau d'appui 61 appuyant sur l'organe de rappel 7.
L'organe de rappel 7 se trouve ainsi dans un état déformé. Dans l'exemple illustré, l'organe de rappel 7 est comprimé en état déformé.
L'organe de rappel 7, dans cet état déformé, permet le coulissement de la tige 4 vers le bas. Le coulissement de la tige 4 fait déplacer le chapeau dans le sens éloigné de l'orifice d'évacuation 2 et libère ainsi cet orifice 2. L'eau peut donc s'écouler vers l'extérieur via l'orifice d'évacuation 2.
L'anneau 5 sert également de butée 52 afin de retenir la valve 3 avec le récipient 1 en position d'ouverture. L'anneau 5 empêche ainsi la valve 3 de s'échapper de l'orifice d'évacuation 2 .
Une fois que l'eau est évacuée dehors, il n'y a donc plus d'effort appliqué sur l'anneau 5 et sur l'organe de rappel 7. Ce dernier revient à sa position initiale, c'est-à-dire à l'état de repos comme illustré à la figure 1. Le retour vers la position initiale de l'organe de rappel 7 fait remonter la valve 3 vers la position de fermeture dans laquelle l'étanchéité à l'air est assurée.
Bien entendu, il est possible d'apporter à l'invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Récipient (1) comportant
    - un fond (10) ;
    - un orifice d'évacuation (2) réalisé dans ledit fond (10) ; et
    - une valve (3) mobile entre • une position de fermeture dans laquelle ladite valve (3) obture l'orifice d'évacuation (2), et • une position d'ouverture dans laquelle ladite valve (3) libère l'orifice d'évacuation (2) ;
    ledit récipient (1) contenant de l'air sous pression, la pression de l'air P2 pouvant augmenter jusqu'à une valeur de pression maximale P2max supérieure à une pression à l'extérieur du récipient Pi ;
    ledit récipient (1) étant caractérisé en ce que
    - le récipient (1) comprend un organe de rappel (7) présentant un état de repos et un état déformé ;
    - l'organe de rappel (7), dans son état de repos, maintient la valve (3) en position de fermeture lorsqu'une pression interne du récipient au niveau du fond P2int satisfait à l'équation (1) suivante
    Flint — Fimax ( 1 )
    - l'organe de rappel (7) passe de l'état de repos à l'état déformé permettant l'ouverture de la valve (3) lorsque la pression interne du récipient au niveau du fond P2int satisfait à l'équation (2) suivante
    Flint > F2max ( 2 ) .
  2. 2. Récipient (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que
    - lorsque du liquide s'accumule dans le fond du récipient, la pression interne du récipient au niveau du fond P2int est calculée selon l'équation (3) suivante
    Plint ~ P'2 Piiquide ( 3 ) avec Piiquide = pgh, h étant la hauteur du liquide mesuré à partir du fond du récipient, p étant la masse volumique du liquide et g étant l'accélération de la pesanteur ;
    - l'organe de rappel (7) passe de l'état de repos à l'état déformé permettant l'ouverture de la valve (3) lorsque la pression interne du récipient au niveau du fond P2int répond à la fois aux deux critères (4) et (5) suivants p2int > Jmax ( 4 ) et
    7*2 in t — + Piiquide critique ( 5 ) avec Piiquide critique la pression critique du liquide lorsque le liquide atteint une hauteur critique prédéfinie.
  3. 3. Récipient (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la hauteur critique définie du liquide est environ d'un centimètre.
  4. 4. Récipient (10) selon la revendication 2 ou selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valve (3) comprend un plateau d'appui (51) transmettant la pression du liquide à l'organe de rappel (7).
  5. 5. Récipient (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valve (3) comprend une butée (52) de fin de course en position d'ouverture.
  6. 6. Récipient (10) selon la revendication 5 lorsque la revendication 5 dépend de la revendication 4, caractérisé en ce que la butée (52) de fin de course et le plateau d'appui (51) sont réalisés en une seule pièce.
  7. 7. Récipient (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
    - l'orifice d'évacuation (2) est composé de plusieurs ouvertures traversantes (21, 22), dont une ouverture centrale (21);
    - la valve (3) comprend • une tige (4) engagée dans l'ouverture centrale (21) et comprenant une première extrémité (43) située à l'extérieur du récipient (10) et une deuxième extrémité située à l'intérieur du récipient (10) ;
    • un chapeau (6) à base circulaire (62) fixé à la première extrémité (43) à la tige (4) ; la dimension de la base (62) étant supérieure à celle de l'orifice d'évacuation (2) ;
    • un plateau d'appui (51) monté autour la tige (4) et
    situé à l'opposé du chapeau (6) ; 1'organe de rappel (7) est un ressort à boudin (71) entourant la tige (4 ) entre le plateau d'appui (52) et 1'orifice d'évacuation (2) .
  8. 8. Filtre à air pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient (10) selon l'une des revendications précédentes.
  9. 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre à air selon la revendication précédente.
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