FR3103244A1

FR3103244A1 - Clapet à piston compact

Info

Publication number: FR3103244A1
Application number: FR1912747A
Authority: FR
Inventors: Stéphane Pascal Perotto; Julien SIXT; Benoît CHENEVARD
Original assignee: Bontaz Centre R&D SAS
Current assignee: Bontaz Centre R&D SAS
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-21
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: BR112022009049A2; KR20220093361A; WO2021094690A1; US20220389855A1; FR3103244B1; EP4042001A1; CN114729590A

Abstract

Clapet à piston comportant un corps (2), un siège de clapet (14), un obturateur (4) en forme de piston et un ressort de rappel (5). Le corps (3) comprend une enveloppe (3) munie d’au moins un orifice de sortie (10) du fluide sous pression, et un élément intérieur (6) qui est rapportée dans l’enveloppe (3). Le corps intérieur (6) porte le siège de clapet (14) et assure le guidage en translation de l’obturateur (4) dans le corps. En outre l’élément intérieur (6) comporte au moins une fenêtre (16) configurée pour guider le fluide du siège de clapet ver l’orifice de sortie (10). Figure pour l’abrégé : 2B

Description

CLAPET À PISTON COMPACT

DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La présente invention se rapporte à un clapet à piston pour commander la circulation d’un fluide sous pression, notamment dans le domaine automobile.

Dans le domaine automobile, on utilise des gicleurs de refroidissement de piston pour moteur à combustion interne pour projeter un fluide de refroidissement tel que de l'huile contre le fond de piston, c'est-à-dire contre la face de piston extérieure à la chambre d'explosion, ou dans une galerie de piston spécialement ménagée à cette effet.

Les gicleurs de refroidissement de piston habituellement utilisés sont des pièces rapportées, fixées sur le carter moteur et communiquant avec un orifice d'amenée de fluide de refroidissement.

Un gicleur comporte un corps dans lequel est monté un clapet, et au moins un tube fixé au corps pour orienter le liquide de refroidissement.

Le gicleur peut être du type vis-clapet, i.e. il comporte une vis munie d’un alésage dans lequel est monté le clapet, la vis étant vissée directement dans le bloc-moteur. En générale un sous-ensemble portant le ou les tubes est maintenu entre la tête de la vis et le bloc-moteur. Selon un autre type de gicleur, le gicleur comporte une plaque de fixation qui est fixée au bloc-moteur au moyen d’une vis rapportée.

Le clapet commande la circulation du fluide de refroidissement sous pression vers le piston. Lorsque la pression du fluide atteint un certain niveau de pression, le clapet s’ouvre et laisse passer le fluide à travers le clapet, qui est projeté vers le piston via le ou les tubes.

Il existe des clapets à bille et des clapets à piston. Les clapets à piston présentent généralement une meilleure réactivité que les clapets à bille.

Un clapet à piston comporte un corps muni d’un alésage débouchant au niveau d’une première extrémité longitudinale du corps et dont la deuxième extrémité longitudinale est obturée, une ou des ouvertures latérales débouchant dans l’alésage formant un ou des orifices de sortie d’huile. L’extrémité débouchante de l’alésage est connectée à une source de fluide sous pression et le ou les ouvertures latérales sont orientées vers la zone vers laquelle on veut amener le fluide. Un obturateur de forme cylindrique de révolution, désigné piston, est monté dans l’alésage et est mobile entre une position repos dans laquelle il empêche l’écoulement du fluide de l’alésage et le ou les orifices de sortie et une position d’ouverture complète, dans laquelle la circulation est autorisée. Le piston est rappelé en position repos par un ressort monté en compression entre la deuxième extrémité obturée du corps et le piston.

Le gicleur comportant un tel clapet à piston présente une longueur au-delà du ou des orifices de sortie d’huile relativement importante pour permettre le dégagement du piston par rapport au siège de clapet et à l’orifice de sortie ou aux orifices de sortie, lors de l’ouverture du clapet, ce qui augmente son encombrement dans le moteur.

C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir un clapet à piston pour circuit fluidique sous pression présentant un encombrement réduit.

Le but énoncé ci-dessus est atteint par un clapet à piston comportant un corps, un siège de clapet, un obturateur en forme de piston et un ressort de rappel. Le corps comprend un corps extérieur, formant enveloppe, muni d’au moins un orifice de sortie du fluide sous pression, et un corps intérieur formant une chemise qui est rapportée dans l’enveloppe. La chemise porte le siège de clapet et assure le guidage en translation de l’obturateur dans le corps. En outre la chemise comporte au moins une fenêtre configurée pour guider le fluide du siège de clapet ver l’orifice de sortie.

Grâce à la mise en œuvre de cette chemise, il est possible de disposer le siège de clapet dans une position axiale très en amont par rapport à l’orifice de sortie d’huile, ce qui permet que le dégagement du piston se fasse au moins en partie en amont de l’orifice de sortie. La longueur du clapet, notamment de sa partie en amont de l’orifice de sortie peut alors être réduite.

De manière avantageuse, le corps extérieur est fabriqué par frappe à froid puis reprise d’usinage, ce qui permet de réduire la quantité de matière requise et d’augmenter la cadence de production, et la chemise est fabriquée en matériau plastique directement par moulage par injection. Le coût de fabrication du clapet est donc réduit. En outre la masse du clapet peut être réduite par rapport au clapet à piston de l’état de la technique.

En d’autres termes, on réalise un clapet à piston comprenant un corps composite dans lequel les fonctions sont réparties entre une pièce extérieure et une pièce intérieure. La pièce extérieure assure la fonction de fixation au circuit fluidique et la circulation du fluide vers l’extérieur du clapet, et la pièce intérieure assure la fonction de siège de clapet, de guidage pour l’obturateur et forme au moins un canal fluidique pour le fluide du le siège de clapet vers la sortie du clapet.

La présente invention a alors pour objet un clapet à piston pour circuit hydraulique ou pneumatique comportant un corps creux d’axe longitudinal, dont une première extrémité longitudinale est obturée par un fond et une deuxième extrémité longitudinale est destinée à être connectée à source de fluide sous pression, comportant au moins un orifice de sortie de fluide, un siège de clapet entre la deuxième extrémité longitudinale du corps et l’orifice de sortie, un obturateur présentant une forme cylindrique de révolution, coopérant avec le siège de clapet, et un ressort de rappel de l’obturateur en appui contre le siège de clapet. Le corps comporte une enveloppe formant au moins partiellement l’extérieur du corps et un élément intérieur formant au moins partiellement l‘intérieur du corps et monté dans l’enveloppe en contact étanche avec l’enveloppe. L’enveloppe comporte le au moins un orifice de sortie et un évent, et l’ élément intérieur comporte un alésage dont la face intérieure comprend un première partie du côté de la deuxième extrémité longitudinale du corps et une deuxième partie du côté de l’orifice de sortie, la première partie et la deuxième partie se raccordant au niveau du siège de clapet. La deuxième partie assure le guidage en translation de l’obturateur le long de l’axe longitudinal et comporte au moins une fenêtre s’étendant axialement de sorte à ménager un canal pour le fluide entre l’enveloppe et l’obturateur permettant au fluide de s’écouler de la première partie jusqu’à l’orifice de sortie lorsque l’obturateur est décollé du siège de clapet.

De manière avantageuse, l’élément intérieur est en matériau plastique.

Par exemple, le corps comporte un premier contact étanche entre une première extrémité longitudinale de l’élément intérieur et le fond de l’enveloppe, et un contact étanche entre une deuxième extrémité longitudinale de l’élément intérieur et une deuxième extrémité longitudinale de l’enveloppe située au niveau de la deuxième extrémité longitudinale du corps.

Dans un exemple de réalisation, le premier contact étanche est obtenu par un contact cône sur cône. Dans un autre exemple de réalisation, le premier contact est un appui plan orthogonal à l’axe longitudinal.

Selon une caractéristique additionnelle, la première extrémité longitudinale de l’élément intérieur peut comporter au moins un bourrelet annulaire en contact avec le fond de l’enveloppe.

Le deuxième contact peut être un contact appui plan normal à l’axe longitudinal.

Le ressort est un ressort hélicoïdal, et l’obturateur peut comporter un corps creux fermé à une extrémité destinée à entrer en contact avec le siège de clapet. Une extrémité longitudinale du ressort est montée dans l’obturateur. Avantageusement, le fond comporte un évidement logeant une autre extrémité longitudinale du ressort

Dans un exemple de réalisation, chaque fenêtre comporte une zone en regard d’un orifice de sortie.

Le clapet à piston peut comporter n orifices de sortie et n fenêtres, n étant supérieur ou égal à 1. Les n orifices de sortie peuvent être des perçages et chaque fenêtre peut avoir une section transversale proche de ou égale au diamètre d’un orifice de sortie.

Dans un exemple avantageux, le clapet à piston comporte des moyens d’orientation angulaire entre l’enveloppe et l’élément intérieur, de sorte qu’une zone d’une fenêtre soit en regard d’un orifice de sortie. Les moyens d’orientation peuvent comporter des formes sur l’enveloppe et l’élément intérieur coopérant de sorte à imposer une position angulaire donnée à l’élément intérieur par rapport à l’enveloppe.

L’élément intérieur peut être maintenu dans l’enveloppe par sertissage.

La présente invention a également pour objet un circuit fluidique sous pression comportant une source de fluide sous pression et au moins un clapet à piston selon l’invention connecté par sa première extrémité à la source de fluide.

Le circuit forme par exemple un circuit hydraulique de moteur à combustion interne.

La présente invention a également pour objet un gicleur de refroidissement de piston de moteur à combustion interne comportant au moins un clapet à piston selon l’invention et au moins un tube destiné à guider le fluide de l’orifice de sortie vers le piston. L’enveloppe peut comporter un filetage externe pour un montage dans un bloc-moteur.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d’un clapet à piston selon l’invention, comportant:
-La fabrication de l’enveloppe.
-La fabrication de l’élément intérieur.
-L’introduction de l’élément intérieur dans l’enveloppe à partir d’une extrémité de l’enveloppe destinée à l’entrée du fluide.
-L’immobilisation de l’élément intérieur dans l’enveloppe.

L’enveloppe est par exemple réalisée par frappe à froid et reprise par usinage

L’élément intérieur est avantageusement réalisé par moulage par injection thermoplastique.

L’immobilisation de l’élément intérieur dans l’enveloppe peut être réalisée par sertissage. Avantageusement, lors du sertissage l’élément intérieur est mis sous contrainte axiale dans l’enveloppe.

La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:

est une vue en éclaté d’un clapet à piston selon un exemple de réalisation,

est une vue en coupe longitudinale du clapet de la figure 1 selon un premier plan de coupe, le clapet étant dans un état fermé,

représenté le vue de la figure 2A, le clapet étant dans un état ouvert,

est une vue en coupe longitudinale du clapet de la figure 1 selon un deuxième plan de coupe orthogonal au premier plan de coupe, le clapet étant dans un état ouvert,

est une vue en perspective de l’élément intérieur de la figure 1 représenté seul,

est une vue en coupe longitudinale d’un clapet à piston selon un autre exemple de réalisation, le clapet étant dans un état fermé,

représente le clapet à piston de la figure 5 dans un état ouvert,

est une vue de détail de la figure 6,

est une vue en perspective de l’élément intérieur de la figure 5 représenté seul,

représente le clapet à piston de la figure 9 dans un état ouvert,

est une vue de détail de la figure 10,

est une vue en perspective de l’élément intérieur de la figure 9 représenté seul,

représente le clapet à piston de la figure 13 dans un état ouvert,

est une vue de détail de la figure 14,

est une vue en perspective de l’élément intérieur de la figure 13 représenté seul,

représente le clapet à piston de la figure 17 dans un état ouvert,

est une vue de détail de la figure 18,

est une vue en perspective d’une partie de l’élément intérieur de la figure 18,

sont des vues en perspective d’une autre partie de l’élément intérieur de la figure 18,

est une vue en perspective d’un exemple de gicleur comportant un clapet à piston selon l’invention,

est une vue en coupe longitudinale du gicleur de la figure 22A,

est une vue en coupe longitudinale du gicleur de la figure 23A,

est une vue en coupe longitudinale du gicleur de la figure 24A.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L’invention va être décrite plus particulièrement dans une application au refroidissement de piston d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile par projection de liquide de refroidissement. Il sera compris que l’invention s’applique à tout circuit hydraulique, et également à tout circuit pneumatique dans le domaine automobile et dans d’autres domaines mettant en œuvre des fluides sous pression.

L’invention porte sur un clapet à piston, également désigné distributeur, destiné notamment à équiper des gicleurs, par exemple des gicleurs de type vis-clapet, plus particulièrement mis en œuvre dans le domaine du refroidissement de piston de moteur à combustion interne.

Dans tous les exemples de réalisation, l’écoulement du fluide est schématisé par les flèches F.

Sur les figures 1 à 4, on peut voir un premier exemple de clapet à piston C1 comportant un corps 2. Le corps peut comporter un filetage externe formant alors une vis, permettant son montage directement dans le dispositif à équiper, par exemple dans le bloc moteur du moteur à combustion interne.

Le clapet comporte également un obturateur 4 coopérant avec un siège de clapet, un ressort de rappel 5 monté entre l’obturateur 4 et le corps 2 repoussant l’obturateur vers le siège de clapet. L’obturateur 4 a une forme cylindrique de révolution et pourra être désigné piston. Il comporte au moins une extrémité longitudinale destinée à coopérer de manière étanche avec le siège de clapet, et une paroi latérale assurant lors du coulissement du piston, une étanchéité entre le piston et la paroi intérieure du corps 2.

Le corps 2 présente une forme sensiblement tubulaire de révolution d’axe longitudinal X, comprenant une première extrémité longitudinale 2.1 et une deuxième extrémité longitudinale 2.2.

Le corps 2 comporte un corps extérieur 3 ou enveloppe et un corps intérieur 6 désigné dans la suite de la description «élément intérieur».

L’enveloppe 3 comporte un alésage 8 débouchant au niveau de la deuxième extrémité longitudinale 2.2 de l’enveloppe. L’autre extrémité longitudinale de l’enveloppe est fermée par un fond. Cependant un évent 9 est formé dans le fond de de l’enveloppe pour permettre la circulation de l’air lorsque l’obturateur 4 se déplace.

La première extrémité 8.1 de l’alésage 8 est orientée du côté du fond de l’enveloppe 3 et la deuxième extrémité 8.2 de l’alésage est orientée du côté de l’extrémité ouverte de l’enveloppe 3.

La deuxième extrémité 8.2 de l’alésage 8 est destinée à être connectée à une source de fluide sous pression. Le fluide s’écoule de la deuxième extrémité 8.2 vers la première extrémité 8.1.

L’enveloppe 3 comporte au moins un orifice de sortie de fluide 10 traversant la paroi latérale de l’enveloppe. Dans l’exemple représenté, deux orifices de sortie 10 diamétralement opposés sont formés. Le ou les orifices débouchent dans l’alésage 8. L’enveloppe est de préférence réalisée en matériau métallique, avantageusement par frappe à froid suivi d’une reprise d’usinage pour réaliser l’alésage 8 et les orifices de sortie 10. Il sera compris que l’enveloppe peut comporter plus de deux orifices de sortie repartis dans la circonférence de l’enveloppe.

L’élément intérieur 6 est destiné à former une surface longitudinale de guidage pour le piston ainsi qu’un siège de clapet.

L’élément intérieur 6 présente une forme tubulaire sensiblement de révolution autour d’un axe X1 qui est destiné à être coaxial à l’axe X lorsque l’élément intérieur 6 est monté dans l’enveloppe 3. L’élément intérieur 6 comporte une première extrémité longitudinale 6.1 et une deuxième extrémité longitudinale 6.2. La première extrémité longitudinale 6.1 est destinée à être insérée en premier dans l’alésage 8 de l’enveloppe 3 de sorte à être en regard du fond de l’enveloppe 3. La deuxième extrémité longitudinale 6.2 est disposée du côté de l’extrémité ouverte de l’enveloppe 3.

Sur les figures 3 et 4, on peut voir l’élément intérieur comportant, au niveau de sa deuxième extrémité longitudinale 6.2, un épaulement 11 destiné à venir en contact avec une portée annulaire 13 située à la deuxième extrémité de l’alésage 8. La portée annulaire 13 est par exemple réalisée par lamage. Le contact entre l’épaulement 11 et la portée annulaire 13 est telle qu’il est étanche au fluide. En variante, l’épaulement 11 et la portée annulaire forment un appui cône sur cône. En variante encore, l’élément intérieur ne comporte pas d’épaulement 11 et le contact étanche entre l’élément intérieur et l’alésage a lieu au niveau de l’extrémité 6.2.

De manière avantageuse, l’élément intérieur 6 est guidé dans l’alésage 8. Le guidage peut être assuré par la couronne portant l’épaulement 11 en coopération avec la portion de l’alésage comportant la portée annulaire 13, et/ou par la coopération de la surface extérieure de l’élément intérieur 6 et la portion de l’alésage 8 en amont des fenêtres en considérant le coupe de la figure 3, voire par la coopération de toute la surface extérieure de l’élément intérieur 6 et de l’alésage 8.

L’élément intérieur 6 comporte également un alésage 12 d’axe X1 et débouchant aux deux extrémités longitudinales de l’élément intérieur 6.

Dans l’exemple représenté, l’alésage 12 comporte une portion de plus petit diamètre 12.1 et une portion de plus grand diamètre 12.2 se raccordement par une portée annulaire formant siège de clapet 14 pour l’obturateur 4. Le diamètre extérieur de l’obturateur 4 est tel qu’il peut coulisser longitudinalement dans la portion de plus grand diamètre 12.2 tout en étant guidé par la portion de plus grand diamètre 12.2.

L’élément intérieur comporte également au moins une fenêtre latérale 16, deux fenêtres dans l’exemple représenté, débuchant dans la portion de plus grand diamètre 12.2 de l’alésage 12, i.e. en aval du siège de clapet. Les fenêtres 16 sont diamétralement opposées et sont positionnées de sorte que, lorsque l’élément intérieur 6 est monté dans l’enveloppe 3, une partie d’une fenêtre 16 est en regard d’un orifice de sortie 10.

Les fenêtres 16 ont une première extrémité longitudinale 16.1 du côté de la première extrémité 6.1 de l’élément intérieur 6, et une deuxième extrémité longitudinale 16.2 du côté un du siège de clapet 14.

La première extrémité 16.1 de chaque fenêtre en sensiblement en regard d’un orifice de sortie 10 et la deuxième extrémité de chaque fenêtre est située juste en aval du siège de clapet 14 dans la direction d’écoulement F. Comme on peut le voir sur la figure 2A, chaque fenêtre 16 délimite, entre la surface de l’alésage 8 et la surface latérale extérieure de l’obturateur, un canal longitudinal qui permet de guider le fluide sous pression de la portion de plus petit diamètre 12.1 de l’alésage 12 à un orifice de sortie 10 via un passage entre l’enveloppe 3 et la paroi latérale de l’obturateur 4. La mise en œuvre de l’élément intérieur 6 permet donc d’augmenter la distance axiale entre le siège de clapet 14 et le ou les orifices de sortie 10. Ainsi la place requise pour le dégagement de l’obturateur lors de l’ouverture du clapet est située en amont des orifices de sortie 10 dans le sens d’écoulement. La longueur de l’enveloppe 3, en particulier son extension axiale en aval des orifices de sortie 10 peut être réduite tout en ne modifiant pas la position des orifices de sortie. Cette réduction de longueur permet très avantageusement de réduire l’encombrement dans le moteur.

De manière avantageuse, la dimension transversale des fenêtres est égale au diamètre des orifices de sortie 10, de sorte à maximiser le débit de fluide à travers le clapet et à réduire les pertes de charge. Les fenêtres 16 étant relativement étroites, il reste suffisamment de matière pour le guidage de l’obturateur 4.

De préférence, l’élément intérieur 6 comporte autant de fenêtres 16 que l’enveloppe 3 comporte d’orifices de sortie 10

Dans cet exemple les fenêtres 16 sont de forme rectangulaire mais d’autres formes sont envisageables, par exemple une forme trapézoïdale.

De préférence, le clapet comporte des moyens d’orientation 18 pour orienter angulairement l’élément intérieur 6 par rapport à l’enveloppe 3 autour de l’axe longitudinal X de sorte que, lors du montage, chaque fenêtre 16 soit directement en regard d’un orifice de sortie 10, permettant d’optimiser le débit à travers le clapet.

Dans cet exemple, les moyens d’orientation sont formés à la fois dans l’enveloppe et dans l’élément intérieur. La surface intérieure de l’alésage 8 comporte au niveau de sa deuxième extrémité 8.2 deux rainures 20 s’étendant longitudinalement sur une partie de la surface. L’élément intérieur 6 comporte sur sa surface extérieure au niveau de sa deuxième extrémité longitudinale 6.2 deux nervures 22 s’étendant longitudinalement sur une partie de la longueur de l’élément intérieur et dimensionnées pour pénétrer dans les rainures 20. Les nervures 22 sont disposées l’une par rapport à l’autre de manière correspondante à la disposition relative des deux rainures 20. Ainsi, en orientant l’élément intérieur par rapport à l’enveloppe de sorte à aligner les rainures 20 et les nervures 22, chaque fenêtre 16 est automatiquement alignée avec un orifice de sortie 10. La longueur des nervures est avantageusement inférieure à celle des rainures pour assurer un contact ente la portée annulaire 13 et l’épaulement 11.

Dans cet exemple, chaque nervure 22 est alignée avec une fenêtre 16, mais cette disposition n’est pas limitative, on peut envisager des nervures décalées angulairement par rapport aux fenêtres, par exemple d’un angle de 90°.

La mise en œuvre d’une rainure et d’une nervure ou de plus de deux rainures et deux nervures ne sort pas du cadre de la présente invention. En variante, la ou les nervures sont portées par l’enveloppe et la ou les rainures sont portées par l’élément intérieur.

D’autres moyens tels que des marquages visuels sur l’enveloppe et l’élément intérieur sont envisageables pour faciliter l’orientation de l’élément intérieur par rapport à l’enveloppe.

En variante, les fenêtres 16 ne sont orientées par rapport à les orifices de sortie et un canal annulaire dans lequel débouchent les fenêtres et les orifices de sortie assure l’écoulement du liquide de l’intérieur de l’élément intérieur vers l’orifice de sortie quelle que soit l’orientation des fenêtres par rapport à l’orifice de sortie. Le canal peut être réalisé par exemple en réalisant une portion d’alésage 8 de plus grand diamètre au niveau des orifices de sortie 10 et/ou une section de l’élément intérieur 6 au niveau des fenêtres 16 de diamètre réduit.

La première extrémité 6.1 de l’élément intérieur 6 est telle que son contact avec la première extrémité 8.1 de l’alésage 8 est sensiblement étanche au fluide. Ainsi les orifices de sortie 10 et l’évent 9 sont isolés les uns des autres de manière étanche.

Dans cet exemple, les premières extrémités 6.1 et 8.1 sont conformées pour réaliser un contact cône sur cône, assurant un montage serré étanche. En variante, un montage serré de deux surfaces cylindriques ne sort pas du cadre de la présente invention.

Le ressort de rappel 5 est monté en réaction entre l’obturateur et le fond de l’alésage 8 de sorte à ramener l’obturateur en appui contre le siège de clapet 14.

Dans l’exemple représenté et de manière préférée, le ressort est un ressort hélicoïdal.

De manière avantageuse, l’obturateur 4 comporte un corps creux obturé à une extrémité longitudinale par un fond 24 destiné à coopérer avec le siège de clapet, le ressort 5 est monté dans le corps creux. Le diamètre extérieur du ressort 5 est inférieur au diamètre intérieur du corps creux. En outre, le fond de l’alésage 8 comporte également un évidement 26 dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du ressort 5 et forme un logement pour l’autre extrémité du ressort 5. Le fond de l’alésage 8 entourant l’évidement forme avantageusement une butée axiale pour le clapet, et évitant au ressort d’être comprimé dans un état où les spires seraient jointives. L’évent 9 débouche de préférence dans la fond de l’évidement 26.

De manière avantageuse, la première extrémité 12.3 de l’alésage 12 comporte une portée dégagée par rapport au diamètre extérieur de l’obturateur qui s’étend, permettant d’assurer un coulissement libre de l’obturateur dans l’élément intérieur malgré le montage serrée de l’élément intérieur dans l’enveloppe.

L’élément intérieur 6 est immobilisé longitudinalement dans l’enveloppe 3, de telle sorte que sa première extrémité longitudinale 6.1 soit en contact serré avec la première extrémité 8.1 de l’alésage 8 de l’enveloppe, et l’épaulement 11 soit en appui contre la portée annulaire 13. Dans l’exemple représenté et de manière non limitative, l’immobilisation est réalisée par sertissage. Pour cela, l’enveloppe comporte au niveau de son extrémité ouverte une saillie annulaire 28 bordant la deuxième extrémité 8.2 de l’alésage 8 située en amont de la portée annulaire 13, et qui est destinée à être rabattue sur l’élément intérieur pour l’immobiliser axialement (sur les figures la saillie 28 n’est pas rabattue). De préférence, le sertissage est tel qu’il met sous contrainte axiale l’élément intérieur 6 pour assurer un contact étanche entre les portées coniques de l’enveloppe et de l’élément intérieur, et entre l’épaulement 11 et la portée annulaire 13. Dans le cas où l’élément intérieur ne comporte pas d’épaulement, la contrainte axiale est appliquée entre l’extrémité 6.1 de l’élément intérieur et la première extrémité 8.1 de l’alésage 8.

L’élément intérieur 6 est avantageusement réalisé en matériau plastique, de préférence en matériau thermoplastique, de préférence par moulage, de préférence par moulage par injection. La pièce obtenue directement par moulage par injection peut être directement montée dans l’enveloppe 3. A titre d’exemple le matériau de l’élément intérieur est choisi parmi le PA6.6 (polyamide 66), le PPA (Polyphthalamide), le poly(sulfure de phénylène) ou PPS, le PEEK (polyétherétherketone). De manière avantageuse, il peut être ajouté un additif améliorant le glissement, par exemple du PTFE(polytétrafluoroéthylène) ou du graphite.

L’élément intérieur 6 peut être réalisé en matériau plastique car il n’est pas soumis à des chocs ou des efforts de serrage susceptible de l’endommager.

Les matériaux utilisés pour réaliser l’enveloppe 3, l’élément intérieur 6 et l’obturateur 4 sont choisies en fonction du cahier des charges en termes de tenue au couple, en température, de résistance chimique au fluide circulant dans le clapet, en termes de coefficient de frottement, notamment entre l’obturateur et l’élément intérieur, pour éviter une usure prématurée et le détachement de particules.

L’enveloppe peut par exemple être réalisée en acier de frappe trempé ou non et l’obturateur peut être réalisé en acier, aluminium ou matériau plastique.

Le guidage longitudinal de l’obturateur est obtenu par l’élément intérieur

Un exemple de procédé de fabrication du clapet C1 va maintenant être décrit.

L’enveloppe est réalisée par frappe à froid. Puis la pièce est reprise par usinage notamment pour réaliser l’alésage 8 et les orifices de sortie 10.

Par ailleurs, l’élément intérieur est réalisé par moulage par injection.

L’obturateur est par exemple réalisé par frappe à froid, par injection plastique ou par usinage.

L’obturateur est logé dans la portion de plus gros petit diamètre 12.2 de l’alésage 12 de l’élément intérieur 6 et le ressort est introduit dans l’obturateur par une extrémité longitudinale.

L’ensemble ainsi formé est ensuite introduit dans l’alésage 8 en introduisant la première extrémité 6.1 de l’élément intérieur 6 dans l’alésage 8. La première extrémité 6.1 vient en appui conique contre la portée conique du fond de l’alésage 8.

Un sertissage a ensuite lieu. Celui-ci consiste à déformer la saillie annulaire 28 vers l’élément intérieur de sorte à maintenir l’appui conique entre l’extrémité 6.1 et l’extrémité 8.1 de l’alésage 8.

En variante, on peut assembler l’élément intérieur 6 et le corps 2 par sertissage en bout, i.e. au moyen d’un poinçon qui arrache de la matière dans l’alésage 8 pour maintenir l’élément 6, ou au moyen d’une rondelle à griffes.

Sur les figures 22A, 23 et 24B on peut voir différents exemples de gicleur comportant un clapet à piston selon l’invention.

Sur les figures 22A et 22B, le gicleur G1 est du type vis-clapet comporte un clapet à piston C1 muni d’un filetage externe 51 formant un vis, un corps 52 monté autour du clapet à piston, un tube T1 monté dans un alésage 54 du corps 52. L’alésage 54 débouche en regard d’au moins un orifice de sortie 10. Le corps est destiné à être maintenu par serrage entre la tête 55 de la vis et le bloc-moteur (non représenté). De manière avantageuse le corps 52 comporte des moyens coopérant avec des moyens du bloc-moteur pour assurer l’orientation du tube. Dans cet exemple, le corps comporte une face plane 52.1 coopérant avec un fraisage ou lamage réalisé sur le bloc-moteur.

Sur les figures 23A et 23B, le gicleur G2 est également de type vis-clapet comporte un clapet à piston C1 muni d’un alésage externe 57 formant une vis, un corps 58 en forme de bague, un tube T2 monté dans un alésage 60 du corps 58. L’alésage 60 débouche en regard d’au moins un orifice de sortie 10. Le corps 58 est destiné à être maintenu par serrage entre la tête 59 de la vis et le bloc-moteur (non représenté). Le gicleur comporte également une plaque de montage 62 et une goupille 64 pour orienter le gicleur. La goupille est destinée à pénétrer dans un orifice formé dans le bloc-moteur.

Sur les figures 24A et 24B, le gicleur G3 comporte un clapet à piston de type monobloc, dont l’enveloppe 3’ forme le corps muni d’un alésage 66 prolongeant formant l’orifice de sortie 10 et un tube T3 monté dans un alésage 66. Le gicleur comporte également une plaque de montage 68. Une lumière 70 est formée dans la plaque de montage 68 destiné à recevoir une vis de fixation sur le bloc moteur. Le gicleur est par exemple formé par un ensemble mécano-soudé.

Le gicleur peut comporter plusieurs tubes.

Le fonctionnement d’un gicleur comportant un clapet à piston de la figure 1 va maintenant être décrit.

Le gicleur est monté dans un carter moteur d’un moteur à combustion interne, le ou les tubes étant orientés de sorte à ce que le jet d’huile soit orienté vers les fonds de piston. Le gicleur régule le débit.

La pression à laquelle le clapet s’ouvre dépend de la charge du ressort 5. Tant que la force exercée par l’huile sous pression sur l’obturateur 4 est inférieure à la charge du ressort 5, l’obturateur 4 repose sur le siège de clapet 14 et l’huile n’alimente pas les orifices de sortie (figure 1).

Lorsque la pression est suffisante, l’obturateur se décolle du siège de clapet 14 et l’huile circule dans les fenêtres 16 et atteint les orifices de sortie par lesquelles elle est projetée contre les pistons du moteur.

Lorsque le niveau de pression augmente, l’obturateur 4 vient en butée contre le fond de l’enveloppe 3 avant que le ressort 5 ne soit dans une configuration à spires jointives, ce qui réduit les risques d’endommagement de celui-ci (figures 2 et 3).

Lorsque la pression passe au-dessous de la pression donnée, l’obturateur 4 est repoussé contre le siège de clapet 14 par le ressort de rappel 5, l’écoulement est interrompu.

Sur les figures 5 à 8, on peut voir un autre exemple de clapet à piston C2.

Le clapet C2 est de structure proche de celle du clapet C1.

Cependant le clapet C2 comporte un obturateur 104 dont la section transversale est de plus petite section, ce qui permet de maximiser la section de passage de l’huile et donc le débit traversant le clapet. En outre, l’élément intérieur 106 comporte une portée conique au niveau de sa première extrémité longitudinale 106.1 munie de plusieurs bourrelets annulaires 130 (figure 7) centrés sur l’axe longitudinal et assurant l’étanchéité. Ces bourrelets forment des zones qui vont se déformer lors de l’assemblage, notamment lors du sertissage.

En outre les fenêtres 116 ont des formes trapézoïdales avec la plus grand base orientée du côté amont (figure 8). Cette forme participe également à maximiser le débit.

Le fonctionnement du clapet à piston C2 est similaire à celui du clapet C1.

Sur les figures 9 à 12, on peut voir un autre exemple de réalisation d’un clapet à piston C3.

Le clapet C3 est de structure proche de celles des clapets C1 et C2.

Cependant le clapet C3 comporte un obturateur 204 dont le fond est muni d’une protrusion 232 orientée vers l’amont, i.e. vers l’extrémité du clapet connectée à la source de pression. La protrusion 232 est de forme tronconique dont la plus petite base est orientée vers l’amont. Cette protrusion a pour effet de dévier le flux radialement vers l’extérieur réduisant les pertes de charge.

En outre, l’alésage 212 de l’élément intérieur 206 comporte une partie 234 en amont du siège de clapet 214 présentant une forme biconique améliorant l’écoulement dynamique du fluide et minimisant les pertes de charge du système. La partie 234 comporte une première zone 234.1 éloignée du siège de clapet 214, dont la section de passage diminue, une deuxième zone 234.2 du côté du siège de clapet dont la section de passage s’agrandit et une troisième zone 234.3 de section de passage constante connectant la première zone 324.1 et la deuxième zone 234.2. En variante, la zone 234.3 à section constante peut être omise.

En outre, la première extrémité 206.1 de l’élément intérieur 206 comporte une face d’extrémité 236 perpendiculaire à l’axe longitudinal et munie d’un bourrelet annulaire 238 en contact avec le fond de l’enveloppe 203. Le bourrelet 238 est écrasé lors du montage de l’élément intérieur dans l’enveloppe 203, notamment lors du sertissage. Le bourrelet 238 assure l’étanchéité entre l’enveloppe et l’élément intérieur. Sur la figure 11, on peut voir le bourrelet 238 avant écrasement (en trait interrompu) et après écrasement.

Dans cet exemple, les fenêtres 216 ont également une forme trapézoïdale avec la plus grand base orientée du côté amont (figure 12).

Sur les figures 13 à 16, on peut voir un autre exemple de clapet à piston C4.

Le clapet C4 est de structure proche de celles des clapets C1, C2 et C3.

Le clapet C4 diffère des clapets C1, C2 et C3 en ce que l’obturateur 304 est une goupille. Le coût du clapet est réduit.

En outre dans cet exemple, l’élément intérieur vient en butée contre le fond de l’alésage 308 sans déformation. La première extrémité 306.1 de l’élément intérieur 306 comporte une face plane 340 perpendiculaire à l’axe X et vient en appui plan contre le fond de l’alésage 308 assurant l’étanchéité. Pour cela, le positionnement de l’épaulement 311 est tel qu’il ne vient pas en contact avec la portée annulaire 313. L’étanchéité est réalisée entre la paroi latérale de l’élément intérieur et l’enveloppe 303.

Dans cet exemple, lorsque le clapet C4 est ouvert, l’arrêt axial de l’obturateur 304 est obtenu lorsque les spires du ressort 305 sont jointives (figure 14).

Sur les figures 17 à 21B, on peut voir un autre exemple de clapet à piston C5.

Le clapet C5 est de structure proche de celles du clapet C4.

Le clapet C5 diffère du clapet C4 en ce qu’il permet de protéger le ressort en évitant que les spires soient jointives lorsque le clapet est ouvert.

Le clapet C5 comporte un élément intérieur 406 comprenant une première partie 442.1 portant le siège de clapet 414 et les fenêtres 416 et une deuxième partie 442.2 formant la première extrémité 406.1 de l’élément intérieur 406 configurée pour venir en contact avec le fond de l’enveloppe 403.

Sur la figure 20, on peut voir la premier partie 442.1 représentée seule, et sur les figures 21A et 21B, on peut voir la deuxième partie 442.2 représenté seule. Elle comporte une pièce annulaire 444 comportant une face 446 munie d’un bourrelet ou protrusion annulaire destinée à venir en contact avec le fond de l’alésage, et une deuxième face 448 opposée à la face 446, destinée à venir en appui contre une extrémité longitudinale de la première partie 442.1. La deuxième face comporte des doigts 450 s’étendant axialement et destinés à pénétrer dans l’alésage 412 de la première partie. Les doigts 450 présentent une face latérale extérieure en forme d’arc de cercle de rayon de courbure correspondant sensiblement au rayon de courbure de l’alésage 412. Les doigts 450 assurent un montage par serrage de la deuxième partie 442.2 dans la première partie 442.1. De préférence les doigts 450 sont de préférence diamétralement opposés.

Les première et deuxième parties sont réalisées dans le même matériau ou des matériaux différents, par exemple la deuxième partie est réalisée dans un matériau plus souple pour confirmer l’étanchéité.

Les différents exemples de clapet C1 à C4 ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés, par exemple le clapet C1 peut comporter un obturateur formé par une goupille. Par ailleurs, l’élément intérieur du clapet C3 peut être réalisé en deux parties en matériau différent, de manière similaire à l’élément intérieur du clapet C5. La partie destinée à assurer l’étanchéité est réalisée en matériau plus souple. Il est à noter que dans le clapet C3 la deuxième partie n’assure pas la fonction de butée pour l’obturateur. La deuxième partie est par exemple réalisée par coextrusion avec la première partie.

Dans les exemples décrits les fenêtres s’étendent axialement, en variante les fenêtres sont des portions d’hélice.

Le clapet à piston selon l’invention est adapté à commander l’alimentation en fluide sous pression dans tout circuit hydraulique ou pneumatique, notamment dans le domaine automobile. Le clapet à piston selon l’invention est particulière adapté pour réaliser des gicleurs de refroidissement, en particulier des gicleurs de type vis-clapet, pour les moteurs à combustion interne, plus particulièrement pour le refroidissement de piston.

Claims

Clapet à piston pour circuit hydraulique ou pneumatique comportant un corps (2) creux d’axe longitudinal (X), dont une première extrémité longitudinale est obturée par un fond et une deuxième extrémité longitudinale est destinée à être connectée à source de fluide sous pression, comportant au moins un orifice de sortie (10) de fluide, un siège de clapet (14) entre la deuxième extrémité longitudinale du corps et l’orifice de sortie (10), un obturateur (4) présentant une forme cylindrique de révolution, coopérant avec le siège de clapet (14), et un ressort de rappel (5) de l’obturateur (4) en appui contre le siège de clapet (14),
caractérisé en ce que le corps (2) comporte une enveloppe (3) formant au moins partiellement l’extérieur du corps et un élément intérieur (6) formant au moins partiellement l‘intérieur du corps et monté dans l’enveloppe (3) en contact étanche avec l’enveloppe (3),
en ce que l’enveloppe (3) comporte le au moins un orifice de sortie (10) et un évent (9), et l’ élément intérieur (6) comporte un alésage (12) dont la face intérieure comprend un première partie (12.1) du côté de la deuxième extrémité longitudinale du corps et une deuxième partie (12.2) du côté de l’orifice de sortie (10), la première partie (12.1) et la deuxième partie (12.2) se raccordant au niveau du siège de clapet (14), et
en ce que la deuxième partie (12.2) assure le guidage en translation de l’obturateur (4) le long de l’axe longitudinal (X) et comporte au moins une fenêtre (16) s’étendant axialement de sorte à ménager un canal pour le fluide entre l’enveloppe (3) et l’obturateur (4) permettant au fluide de s’écouler de la première partie (12.1) jusqu’à l’orifice de sortie (10) lorsque l’obturateur (4) est décollé du siège de clapet (14).
Clapet à piston selon la revendication 1, dans lequel l’élément intérieur (6) est en matériau plastique.
Clapet à piston selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le corps (2) comporte un premier contact étanche entre une première extrémité longitudinale de l’élément intérieur (6) et le fond de l’enveloppe (3), et un contact étanche entre une deuxième extrémité longitudinale de l’élément intérieur (6) et une deuxième extrémité longitudinale de l’enveloppe (3) située au niveau de la deuxième extrémité longitudinale du corps.
Clapet à piston selon la revendication 3, dans lequel le premier contact étanche est obtenu par un contact cône sur cône.
Clapet à piston selon la revendication 3, dans lequel le premier contact est un appui plan orthogonal à l’axe longitudinal (X).
Clapet à piston selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la première extrémité longitudinale de l’élément intérieur comporte au moins un bourrelet annulaire en contact avec le fond de l’enveloppe.
Clapet à piston selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le deuxième contact est un contact appui plan normal à l’axe longitudinal.
Clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le ressort (5) est un ressort hélicoïdal, et dans lequel l’obturateur (4) comporte un corps creux fermé à une extrémité destinée à entrer en contact avec le siège de clapet, et dans lequel une extrémité longitudinale du ressort est montée dans l’obturateur.
Clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le fond comporte un évidement logeant une autre extrémité longitudinales du ressort
Clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel chaque fenêtre (16) comporte une zone en regard d’un orifice de sortie (10).
Clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 10, comportant n orifices de sortie et n fenêtres, n étant supérieur ou égal à 1.
Clapet à piston selon la revendication 11, dans lequel les n orifices de sortie (10) sont des perçages et dans lequel chaque fenêtre (16) a une dimension transversale proche de ou égale au diamètre d’un orifice de sortie.
Clapet à piston selon l’une des revendications précédentes, comportant des moyens d’orientation angulaire entre l’enveloppe (3) et l’élément intérieur (6), de sorte qu’une zone d’une fenêtre (16) soit en regard d’un orifice de sortie (10).
Clapet à piston selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens comportent des formes sur l’enveloppe (3) et l’élément intérieur (6) coopérant de sorte à imposer une position angulaire donnée à l’élément intérieur (6) par rapport à l’enveloppe (3).
Clapet à piston selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément intérieur (6) est maintenu dans l’enveloppe par sertissage.
Circuit fluidique sous pression comportant une source de fluide sous pression et au moins un clapet à piston selon l’une des revendications précédentes connecté par sa première extrémité à la source de fluide.
Circuit fluidique selon la revendication précédente, ledit circuit formant un circuit hydraulique de moteur à combustion interne.
Gicleur de refroidissement de piston de moteur à combustion interne comportant au moins un clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 15 et au moins un tube destiné à guider le fluide de l’orifice de sortie vers le piston.
Gicleur de refroidissement de piston selon la revendication précédente, dans lequel l’enveloppe comporte un filetage externe pour un montage dans un bloc-moteur.
Procédé de fabrication d’un clapet à piston selon l’une des revendications 1 à 15, comportant:
-La fabrication de l’enveloppe.
-La fabrication de l’élément intérieur.
-L’introduction de l’élément intérieur dans l’enveloppe à partir d’une extrémité de l’enveloppe destinée à l’entrée du fluide.
-L’immobilisation de l’élément intérieur dans l’enveloppe.
Procédé de fabrication selon la revendication 20, dans lequel l’enveloppe est réalisée par frappe à froid et reprise par usinage.
Procédé de fabrication selon la revendication 20 ou 21, dans lequel l’élément intérieur est réalisé par moulage par injection thermoplastique.
Procédé de fabrication selon la revendication 20, 21 ou 22, dans lequel l’immobilisation de l’élément intérieur dans l’enveloppe est réalisée par sertissage.
Procédé de fabrication selon la revendication 23, en combinaison avec la revendication 3, dans lequel lors du sertissage l’élément intérieur est mis sous contrainte axiale dans l’enveloppe.