FR3103020A1

FR3103020A1 - Vanne à clapet coulissant et véhicule automobile le comportant

Info

Publication number: FR3103020A1
Application number: FR1912625A
Authority: FR
Inventors: Julien Kreider
Original assignee: Sogefi Air and Cooling SAS
Current assignee: Sogefi Air and Cooling SAS
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-14
Anticipated expiration: 2039-11-12
Also published as: FR3103020B1

Abstract

Vanne à clapet coulissant et véhicule automobile le comportant La présente invention a pour objet une vanne (1) à clapet coulissant, comprenant un corps de vanne (3) avec au moins une ouverture d’entrée (4) et de sortie (4’), dans lequel est monté un clapet (2) coulissant entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale, ledit clapet (2) comprenant un corps obturateur (2’) pour obstruer le passage à travers l’ouverture (4’) précitée en position de fermeture du clapet (2), ledit corps obturateur (2’) venant en butée en position d’ouverture maximale du clapet (2) contre une structure d’arrêt faisant partie du corps de vanne (3). Vanne à clapet caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) comporte au moins un moyen réalisant une fonction d’amortissement lors de la venue en butée du clapet (2) en position d’ouverture maximale, ledit au moins un moyen amortisseur faisant partie du joint d’étanchéité (5). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3B

Description

Vanne à clapet coulissant et véhicule automobile le comportant

La présente invention concerne le domaine des organes de régulation et de contrôle de flux gazeux, notamment dans des circuits de circulation associés à des moteurs à combustion interne, et a pour objet une vanne à clapet coulissant, notamment du type vanne de dérivation pour un turbocompresseur.

Le type de vanne visé dans le cadre de la présente invention comprend généralement un corps de vanne avec au moins une ouverture d’entrée et au moins une ouverture de sortie, dans lequel est monté un clapet coulissant qui est mobile en translation, selon un axe de coulissement, sensiblement dans le sens du flux traversant, entre deux positions extrêmes, à savoir une position de fermeture, dans laquelle il obture de manière étanche une des ouvertures du corps de vanne, et une position d’ouverture maximale dans laquelle il autorise le passage d’un débit maximal de flux au niveau de l’ouverture précitée. Ledit clapet comprend ou forme un corps obturateur qui est configuré pour obstruer le passage à travers l’ouverture précitée en position de fermeture du clapet et qui est pourvu d’un joint d’étanchéité périphérique qui est en appui étanche sur le corps de vanne autour de ladite ouverture en position de fermeture, ledit corps obturateur venant en butée en position d’ouverture maximale du clapet contre une structure d’arrêt faisant partie du corps de vanne ou monté fixe dans ce dernier.

Des vannes de ce type sont déjà largement connues dans l’état de la technique, en particulier dans l’application mentionnée ci-dessus, et sont évoquées par exemple dans les documents US 5 921 276 et US 7 588 047.

Or, il a été constaté dans la pratique que ces vannes généraient un bruit important en fonctionnement, notamment lors de leur ouverture.

En effet, alors que lors de la fermeture le joint en matière flexible permet d’amortir le choc de la venue en butée du clapet sur son siège, et donc de réduire le bruit (le cas échéant réduit davantage encore par des moyens additionnels : cf. US 5 921 276 ou WO 2014 021 124), aucune mesure n’a été mise en œuvre dans l’état de la technique pour réduire ce bruit résultant de la venue en butée à l’ouverture, ce malgré l’inconfort sonore et les vibrations générés.

Bien entendu, des coussinets ou une couche compressible élastiquement pourraient permettre de répondre à ce besoin, mais une telle solution nécessiterait des moyens additionnels spécifiques qui rendraient la structure et la fabrication plus complexes et plus coûteuses.

Le but de l’invention est de proposer une solution simple et économique surmontant les inconvénients ci-dessus, ce tout en garantissant une bonne étanchéité, le cas échéant même en cas de défauts de fabrication ou d’assemblage de la vanne, ou de déformation en fonctionnement, notamment du fait de la chaleur.

A cet effet, l’invention a pour objet une vanne à clapet du type précité, caractérisée en ce que le corps obturateur comporte au moins un moyen réalisant une fonction d’amortissement lors de la venue en butée du clapet en position d’ouverture maximale, ledit au moins un moyen amortisseur faisant partie du joint d’étanchéité.

L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :

est une vue écorchée d’une portion de circuit intégrant une vanne à clapet selon l’invention ;

est une vue éclatée de la vanne à clapet représentée figure 1, une partie du corps ou boîtier de vanne étant enlevée ;

et

sont des vues partielles en coupe, selon un plan intégrant l’axe de coulissement, de la vanne à clapet représentée figure 1, respectivement en position d’ouverture maximale (3A) et en position de fermeture (3B) ;

est une vue en coupe du joint d’étanchéité faisant partie de la vanne à clapet selon l’invention ;

et

sont des vues de détail, en coupe et à des emplacements différents, du bord périphérique du corps obturateur ou clapet faisant partie de la vanne selon l’invention, figure 5A représentant une section au niveau d’un segment dégagé du joint d’étanchéité ;

et

sont des vues respectivement en perspective (6A) et en élévation arrière (6B) d’un corps obturateur ou clapet faisant partie de la vanne à clapet selon l’invention ;

est une vue en perspective d’une structure d’arrêt faisant partie de la vanne à clapet selon l’invention ;

est une vue partielle en perspective et à une échelle différente de la vanne à clapet telle que représentée figure 3A, et,

est une vue en perspective arrière et en coupe de l’ensemble [corps obturateur/structure d’arrêt] faisant partie de la vanne à clapet selon l’invention.

La figure 1 et partiellement les figures 2, 3 et 8 illustrent une vanne à clapet 2 coulissant, comprenant un corps de vanne 3 avec au moins une ouverture d’entrée 4 et au moins une ouverture de sortie 4’, dans lequel est monté un clapet 2 coulissant qui est mobile en translation, selon un axe de coulissement AC, orienté sensiblement selon le sens du flux traversant, entre deux positions extrêmes, à savoir une position de fermeture, dans laquelle il obture de manière étanche une 4’ des ouvertures 4, 4’ du corps de vanne 3, et une position d’ouverture maximale dans laquelle il autorise le passage d’un débit maximal de flux au niveau de l’ouverture 4’ précitée. Ledit clapet 2 comprend ou forme un corps obturateur 2’ qui est configuré pour obstruer le passage à travers l’ouverture 4’ précitée en position de fermeture du clapet 2 et qui est pourvu d’un joint d’étanchéité 5 périphérique qui est en appui étanche sur le corps de vanne 3 autour de ladite ouverture 4’ en position de fermeture, ledit corps obturateur 2’ venant en butée en position d’ouverture maximale du clapet 2 contre une structure d’arrêt 6 faisant partie du corps de vanne 3 ou monté fixe dans ce dernier.

En prévoyant au moins un moyen 7 d’amortissement de l’impact du corps obturateur 2’ ou clapet 2 mobile, lors de sa butée contre la structure d’arrêt 6 en fin de mouvement d’ouverture, l’invention permet de réduire le bruit de fonctionnement de la vanne 1. De plus, en intégrant ce(s) moyen(s) 7 dans le joint 5, cette fonction d’amortissement est réalisée de manière simple, économique et sans faire appel à des moyens additionnels spécifiques.

En accord avec une caractéristique très bénéfique de l’invention, les deux fonctions du joint 5, à savoir d’étanchéité et d’amortissement, sont non interférentes entre elles, c’est-à-dire réalisées par des parties différentes et géographiquement séparées dudit joint 5.

Ainsi, il est avantageusement prévu que le joint d’étanchéité 5 monobloc comprenne au moins deux parties structurellement et fonctionnellement distinctes, à savoir au moins une première partie 8 configurée pour venir en appui étanche contre la paroi du corps de vanne 3 autour de l’ouverture 4’ à obturer en position de fermeture et une seconde partie 9 configurée pour assurer une liaison de montage dudit joint 5 avec ledit corps obturateur 2’, ledit au moins un moyen amortisseur 7 étant intégré à ladite seconde partie 9 ou formée sur elle.

Dans ces conditions, la fonction supplémentaire d’amortissement ne saurait influencer la fonction d’étanchéité du joint 5, et a fortiori ne peut en compromettre la qualité de sa réalisation.

Comme cela ressort des dessins annexés, et conformément à une variante constructive simple et efficiente, le corps obturateur 2’ comporte une rainure de montage 10 périphérique et le joint d’étanchéité 5 est solidarisé avec ce corps 2’ par emboîtement ou engagement avec coopération de formes, préférentiellement avec au moins une légère compression ou déformation élastique, de la seconde partie 9 dudit joint, ou d’une portion au moins de cette partie 9, dans ladite rainure 10.

Le joint 5 peut être un joint fabriqué séparément et monté sous tension sur le corps 2’ ou alors être un joint directement surmoulé dans la rainure 10 et avec formation de la lèvre 8 d'un seul tenant.

Afin de répartir les contraintes et de pouvoir rattraper les éventuelles tolérances constructives et fonctionnelles, le corps obturateur 2’ peut comporter plusieurs moyens amortisseurs 7 distincts, définissant en coopération avec la structure d’arrêt 6 plusieurs points ou zones de butée 11, avantageusement réparti(e)s régulièrement autour de l’axe de coulissement AC et localisé(e)s sur le pourtour extérieur dudit corps 2’ (figures 6, 7 et 8).

Avantageusement, chacun des moyens amortisseurs 7 correspond à un segment déterminé de la seconde partie 9 du joint d’étanchéité 5, la structure d’arrêt 6 comportant avantageusement autant de sites de butée 12 respectivement correspondants.

Préférentiellement, et comme le montrent les figures 6 et 8 notamment, il peut être prévu que chaque moyen amortisseur 7 corresponde à un segment circonférentiel de la seconde partie 9 du joint d’étanchéité 5, qui est au moins partiellement dégagé de la rainure 10, c’est-à-dire situé au niveau d’une découpe 10’ ou d’un dégagement de cette dernière et présentant au moins une face apparente 7’ apte et destinée à venir en contact, en position d’ouverture maximale, avec un site de butée 12 correspondant associé appartenant à la structure d’arrêt 6, par exemple sous la forme d’un plot ou d’une formation proéminente analogue.

Le bord périphérique 2’’ du corps obturateur 2’ présente ainsi une configuration crénelée avec des indentations laissant apparaître au moins les faces 7’ de segments 7 circonférentiels successifs séparés de la seconde partie 9 en bourrelet massif du joint 5.

A titre de réalisation pratique privilégiée, le joint d’étanchéité 5 monobloc consiste en un joint annulaire avec une première partie 8 sous forme de lèvre(s) flexible(s) et avec une seconde partie 9 consistant en un bourrelet massif formant collerette.

Un tel joint à lèvre 5 permet de compenser (en termes de contact étanche) les éventuels défauts de fabrication et d’assemblage (au niveau du corps 2’ ou de l’ouverture 4’), de mésalignement du corps obturateur 2’ par rapport à l’ouverture 4’, à obturer (notamment en fin de course vers la position de fermeture) ou encore de positionnement décalé, d’engagement plus ou moins profond, ou d’appui variable dudit corps 2’ au niveau de l’ouverture 4’.

En accord avec une autre variante de réalisation bénéfique de l’invention, ressortant également des dessins annexés, le corps obturateur 2’ présente une forme discoïdale, préférentiellement incurvée, et se présente par exemple comme une portion de paroi sphérique ou une cloche, comportant au niveau de son bord libre circulaire périphérique 2’’ une rainure 10 pour le montage du joint d’étanchéité 5 annulaire, ledit corps obturateur 2’ étant guidé en translation selon l’axe de coulissement AC par rapport à la structure d’arrêt 6 et avantageusement sollicité élastiquement en position de fermeture de la vanne par un ressort 13 ou analogue.

Pour garantir la coïncidence entre les segments apparents 7 et les sites de butée 12 et éviter toute rotation du corps obturateur 2’ autour de l’axe de coulissement AC, ce corps 2’ comporte avantageusement des moyens 14 d’indexation en position autour de l’axe de coulissement AC, par exemple sous la forme de doigts allongés parallèles à l’axe précité AC et coopérant avec la structure d’arrêt 6 (figures 6 et 9 : passage à travers des ouvertures de ladite structure 6). L’axe AC est préférentiellement perpendiculaire au plan de l’ouverture 4’ dont le passage est contrôlé.

Comme le montrent les figures 2, 3, 7 et 9, il peut être prévu que la structure d’arrêt 6 présente un corps en forme de coque ajourée, avec une partie médiane en forme de cloche 15 dans laquelle est formée un palier tubulaire 16 pour le guidage en translation selon l’axe de coulissement AC de la tige support 2’’’ du corps obturateur 2’, et qui comporte des sites de butée 12, ladite structure d’arrêt 6 étant avantageusement montée par pincement périphérique entre deux composantes constitutives du corps de vanne 3, ladite partie médiane 15 et le corps obturateur 2’ fournissant par coopération, en position d’ouverture maximale de la vanne, un corps en forme de figue, de poire ou de goutte d’eau (forme aérodynamique).

Les deux parties constituant le corps 3 comprennent l'une l'ouverture d'entrée 4 (avec autour le siège pour le corps obturateur 2’) et l'autre l'ouverture de sortie 4’ (figures 3A et 3B).

Sur les figures 5A et 5B, les flèches associées à la lettre P indiquent la pression exercée sur le joint 5, d'une part, par le siège (figure 5B - position de la figure 3B) en position d'obturation et, d'autre part, par les sites de butée 12 en position d'ouverture maximale (figure 5A - position de la figure 3A).

Préférentiellement, le corps de vanne 3, la structure d’arrêt 6 et le corps obturateur 2’ avec les doigts 14 sont réalisés dans des matériaux synthétiques thermoplastiques ou thermodurs.

A titre de mise en œuvre possible, la vanne 1 consiste en une vanne de dérivation pour un turbocompresseur.

L’invention concerne également un véhicule automobile à moteur à combustion interne équipé d’au moins un turbocompresseur mécanique ou électrique, véhicule caractérisé en ce qu’il comprend une vanne 1 telle que décrite ci-dessus.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

Vanne (1) à clapet coulissant, comprenant un corps de vanne (3) avec au moins une ouverture d’entrée (4) et au moins une ouverture de sortie (4’), dans lequel est monté un clapet (2) coulissant qui est mobile en translation, selon un axe de coulissement (AC), orienté sensiblement selon le sens du flux traversant, entre deux positions extrêmes, à savoir une position de fermeture, dans laquelle il obture de manière étanche une (4’) des ouvertures (4, 4’) du corps de vanne (3), et une position d’ouverture maximale dans laquelle il autorise le passage d’un débit maximal de flux au niveau de l’ouverture (4’) précitée, ledit clapet (2) comprenant ou formant un corps obturateur (2’) qui est configuré pour obstruer le passage à travers l’ouverture (4’) précitée en position de fermeture du clapet (2) et qui est pourvu d’un joint d’étanchéité (5) périphérique qui est en appui étanche sur le corps de vanne (3) autour de ladite ouverture (4’) en position de fermeture, ledit corps obturateur (2’) venant en butée en position d’ouverture maximale du clapet (2) contre une structure d’arrêt (6) faisant partie du corps de vanne (3) ou monté fixe dans ce dernier,
vanne à clapet (1) caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) comporte au moins un moyen (7) réalisant une fonction d’amortissement lors de la venue en butée du clapet (2) en position d’ouverture maximale, ledit au moins un moyen amortisseur (7) faisant partie du joint d’étanchéité (5).
Vanne à clapet selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint d’étanchéité (5) monobloc comprend au moins deux parties structurellement et fonctionnellement distinctes, à savoir au moins une première partie (8) configurée pour venir en appui étanche contre la paroi du corps de vanne (3) autour de l’ouverture (4’) à obturer en position de fermeture et une seconde partie (9) configurée pour assurer une liaison de montage dudit joint (5) avec ledit corps obturateur (2’), ledit au moins un moyen amortisseur (7) étant intégré à ladite seconde partie (9) ou formée sur elle.
Vanne à clapet selon la revendication 2, caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) comporte une rainure de montage (10) périphérique et en ce que le joint d’étanchéité (5) est solidarisé avec ce corps (2’) par emboîtement ou engagement avec coopération de formes, préférentiellement avec au moins une légère compression ou déformation élastique, de la seconde partie (9) dudit joint, ou d’une portion au moins de cette partie (9), dans ladite rainure (10).
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) comporte plusieurs moyens amortisseurs (7) distincts, définissant en coopération avec la structure d’arrêt (6) plusieurs points ou zones de butée (11), avantageusement réparti(e)s régulièrement autour de l’axe de coulissement (AC) et localisé(e)s sur le pourtour extérieur dudit corps (2’).
Vanne à clapet selon la revendication 4, caractérisée en ce que chacun des moyens amortisseurs (7) correspond à un segment déterminé de la seconde partie (9) du joint d’étanchéité (5), la structure d’arrêt (6) comportant avantageusement autant de sites de butée (12) respectivement correspondants.
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 4 et 5, pour autant qu’elles se rattachent à l’une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que chaque moyen amortisseur (7) correspond à un segment circonférentiel de la seconde partie (9) du joint d’étanchéité (5), qui est au moins partiellement dégagé de la rainure (10), c’est-à-dire situé au niveau d’une découpe (10’) ou d’un dégagement de cette dernière et présentant au moins une face apparente (7’) apte et destinée à venir en contact, en position d’ouverture maximale, avec un site de butée (12) correspondant associé appartenant à la structure d’arrêt (6), par exemple sous la forme d’un plot ou d’une formation proéminente analogue.
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le joint d’étanchéité (5) monobloc consiste en un joint annulaire avec une première partie (8) sous forme de lèvre(s) flexible(s) et avec une seconde partie (9) consistant en un bourrelet massif formant collerette.
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) présente une forme discoïdale, préférentiellement incurvée, et se présente par exemple comme une portion de paroi sphérique ou une cloche, comportant au niveau de son bord libre circulaire périphérique (2’’) une rainure (10) pour le montage du joint d’étanchéité (5) annulaire, ledit corps obturateur (2’) étant guidé en translation selon l’axe de coulissement (AC) par rapport à la structure d’arrêt (6) et avantageusement sollicité élastiquement en position de fermeture de la vanne par un ressort (13) ou analogue.
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le corps obturateur (2’) comporte des moyens (14) d’indexation en position autour de l’axe de coulissement (AC), par exemple sous la forme de doigts allongés parallèles à l’axe précité (AC) et coopérant avec la structure d’arrêt (6).
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la structure d’arrêt (6) présente un corps en forme de coque ajourée, avec une partie médiane en forme de cloche (15) dans laquelle est formée un palier tubulaire (16) pour le guidage en translation selon l’axe de coulissement (AC) de la tige support (2’’’) du corps obturateur (2’), et qui comporte des sites de butée (12), ladite structure d’arrêt (6) étant avantageusement montée par pincement périphérique entre deux composantes constitutives du corps de vanne (3), ladite partie médiane (15) et le corps obturateur (2’) fournissant par coopération, en position d’ouverture maximale de la vanne, un corps en forme de figue, de poire ou de goutte d’eau.
Vanne à clapet selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu’elle consiste en une vanne de dérivation pour un turbocompresseur.
Véhicule automobile à moteur à combustion interne équipé d’au moins un turbocompresseur mécanique ou électrique, véhicule caractérisé en ce qu’il comprend une vanne (1) selon la revendication 11.