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FR3052526A1 - Vanne de controle d'un debit de fluide - Google Patents

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FR3052526A1
FR3052526A1 FR1655418A FR1655418A FR3052526A1 FR 3052526 A1 FR3052526 A1 FR 3052526A1 FR 1655418 A FR1655418 A FR 1655418A FR 1655418 A FR1655418 A FR 1655418A FR 3052526 A1 FR3052526 A1 FR 3052526A1
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FR
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valve
rotary shutter
sealing member
shutter
fluid
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FR1655418A
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FR3052526B1 (fr
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Gregory Hodebourg
Jerome Renault
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Valeo Electrification SAS
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Abstract

La présente invention décrit une vanne (1) de contrôle d'un débit de fluide, comportant : - un conduit (2) de circulation de fluide, - un obturateur rotatif (3) disposé dans le conduit (2), l'obturateur rotatif (3) comportant un passage fonctionnel de fluide (4) s'étendant transversalement à son axe de rotation, l'obturateur rotatif (3) étant configuré pour contrôler le débit de fluide dans le conduit, caractérisée en ce que la vanne (1) comporte au moins un organe d'étanchéité (5) disposé dans le conduit (2) et configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif (3) de manière à empêcher un écoulement parasite de fluide le long d'un chemin autre que le passage fonctionnel précité.

Description

Vanne de contrôle d'un débit de fluide
La présente invention concerne une vanne de contrôle d'un débit de fluide, notamment pour la recirculation de gaz d'échappement sur un moteur à combustion de véhicule automobile.
On connaît, notamment par le brevet US 8,862,369, le principe de recirculer une partie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion vers l'admission du moteur. Cette technologie permet, sur les moteurs Diesel, de réduire les émissions d'oxyde d'azote. Sur les moteurs à allumage commandé suralimentés, elle permet de diminuer la consommation de carburant.
Le débit de gaz recirculés est géré par une vanne. Une caractéristique importante pour ce genre de vanne est son étanchéité, c'est-à-dire qu'il est souhaitable que la vanne présente un faible niveau de fuite parasites. Une autre caractéristique est la perte de charge crée par la vanne, et il est souhaitable que cette perte de charge soit faible. On dit alors que la vanne possède une bonne perméabilité.
Le principe de ce type de vanne est d'avoir un obturateur mobile dans un conduit d'écoulement des gaz d'échappement recirculés, la position de l'obturateur mobile permettant de contrôler le débit traversant la vanne. Il existe plusieurs technologies, parmi lesquelles on trouve les obturateurs de type soupape, animés d'un mouvement de translation, et les obturateurs de type volet ou boisseau, animés d'un mouvement de rotation.
Ce type de vanne est susceptible de fonctionner sur une plage de température très étendue, comprise entre la température ambiante et environ 900° C. Les différentes pièces sont ainsi soumises à des variations dimensionnelles en raison de la dilatation due à la température. La conception de la vanne doit donc être compatible avec une évolution significative du jeu de fonctionnement entre les pièces mobiles de la vanne.
Les vannes possédant un obturateur mobile de type soupape possèdent généralement un faible niveau de fuite, car il est possible d'assurer une pression élevée de la soupape sur son siège. Par contre leur perméabilité n'est souvent pas très bonne, car même en position de pleine ouverture la section de passage du conduit est restreinte par la présence de la soupape. Ce type de vanne génère une perte de charge élevée défavorable à l'obtention de forts débits.
Les vannes possédant un obturateur mobile de type volet possèdent en principe une bonne perméabilité, car le conduit n'est pas obturé lorsque la vanne est en position de pleine ouverture. En revanche, leur niveau de fuite interne est élevé. En effet, le jeu entre le volet et le corps de vanne doit être dimensionné pour les températures les plus élevées susceptibles d'être rencontrées. Ce jeu crée donc une fuite élevée dans la plupart des conditions d'utilisation courante. Il en est de même des vannes de type boisseau.
Le but de l'invention est d'obtenir une vanne de type boisseau rotatif ayant à la fois un faible niveau de fuite et une bonne perméabilité, tout en étant compatible avec les hautes températures de fonctionnement. A cet effet, l'invention propose une vanne de contrôle d'un débit de fluide, comportant : un conduit de circulation de fluide, un obturateur rotatif disposé dans le conduit, l'obturateur rotatif comportant un passage fonctionnel de fluide s'étendant transversalement à son axe de rotation, l'obturateur rotatif étant configuré pour contrôler le débit de fluide dans le conduit, caractérisée en ce que la vanne comporte au moins un organe d'étanchéité disposé dans le conduit et configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif de manière à empêcher un écoulement parasite de fluide le long d'un chemin autre que le passage fonctionnel précité . L'organe d'étanchéité plaqué contre l'obturateur permet d'obturer l'espace libre existant entre l'obturateur et le corps de vanne, en raison des jeux de fonctionnement. Ainsi, la fuite est éliminée.
De préférence, l'organe d'étanchéité est guidé par le conduit. L'organe d'étanchéité vient en contact avec la périphérie du conduit.
Avantageusement, l'organe d'étanchéité est mobile dans le conduit. L'organe d'étanchéité peut se déplacer légèrement dans le conduit, suivant un mouvement de translation.
De manière préférentielle, l'organe d'étanchéité est plaqué contre l'obturateur rotatif par un organe de rappel élastique.
La présence de l'élément élastique permet de maintenir le poussoir plaqué contre l'obturateur même lorsque les jeux de fonctionnement évoluent, par exemple en raison de l'évolution de la température des pièces, où en raison de leur usure. De plus, les dispersions dimensionnelles entre les pièces produites en série sont compensées, puisque le montage avec un organe d'étanchéité mobile et un organe de rappel élastique permet d'assurer le contact entre l'organe d'étanchéité et l'obturateur en toutes circonstances. Ainsi, l'étanchéité de la vanne est améliorée, quelles que soient les conditions de fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, l'organe d'étanchéité comporte une ouverture en regard du passage fonctionnel lorsque l'obturateur est dans une position d'ouverture maximale.
Le fluide traversant l'obturateur passe ensuite à l'intérieur de l'organe d'étanchéité.
De préférence, le fluide peut passer uniquement par le passage fonctionnel de fluide lorsque l'obturateur est en position d'ouverture. L'organe d'étanchéité assure l'étanchéité de la vanne lorsque l'obturation est en position d'obturation, mais également lorsque l'obturateur est en position d'ouverture.
Avantageusement, la surface de l'organe d'étanchéité plaquée sur l'obturateur rotatif possède une forme complémentaire à celle de la surface externe de l'obturateur rotatif.
Le fait que la surface du poussoir et la surface de l'obturateur aient une forme complémentaire permet un bon contact entre les deux surfaces. La quantité de gaz susceptibles de s'insinuer entre les deux surfaces est minimisée, ce qui garantit une bonne étanchéité de la vanne.
Selon un mode de réalisation, l'obturateur rotatif est de forme générale cylindrique. L'obturateur peut ainsi être fabriqué simplement. Le corps de vanne recevant l'obturateur peut également être fabriqué simplement.
De préférence, le passage fonctionnel de fluide de l'obturateur rotatif est de forme cylindrique. L'évidement permettant le passage fonctionnel de fluide est ainsi réalisé simplement, par exemple par perçage.
De préférence, l'obturateur rotatif est agencé pour interdire la circulation de fluide dans le conduit pour certaines positions angulaires de l'obturateur rotatif.
En adaptant le diamètre de l'évidement au diamètre du conduit du corps de vanne et au diamètre extérieur de l'obturateur rotatif, la circulation de fluide dans la vanne est stoppée lorsque l'obturateur est tourné de 90° par rapport à sa position assurant l'ouverture maximale.
Avantageusement, la portion du conduit dans laquelle est disposé l'organe d'étanchéité est cylindrique.
Le conduit étant cylindrique, l'organe d'étanchéité inséré dans le conduit possède une forme facile à réaliser, notamment par tournage.
Selon un exemple de réalisation, l'organe d'étanchéité possède une forme générale en cylindre creux. L'organe d'étanchéité peut ainsi être obtenu simplement, notamment par tournage.
De préférence, le diamètre intérieur de l'organe d'étanchéité est égal au diamètre du passage de l'obturateur rotatif.
Ainsi, lorsque l'obturateur est en position de pleine ouverture, le fluide traversant la vanne ne rencontre pas de changement de section du conduit lorsqu'il passe de l'intérieur de l'obturateur à l'intérieur de l'organe d'étanchéité. Les pertes de charges sont ainsi minimisées.
Selon un mode de réalisation, la surface de l'organe d'étanchéité plaquée sur l'obturateur rotatif possède une forme générale de calotte cylindrique.
La surface d'appui possède une largeur sensiblement constante. Plus cette largeur est importante, plus l'étanchéité de la vanne est améliorée, et plus la section de passage est diminuée. Un compromis est donc à trouver suivant les conditions d'utilisation, comme la pression maximale d'utilisation.
Selon un mode de réalisation, l'élément élastique est disposé entre un élément rigidement liée au corps de vanne et l'obturateur rotatif. L'organe d'étanchéité ainsi que l'élément élastique peuvent ainsi être insérés facilement dans le corps de vanne. L'élément maintenant l'élément élastique, du coté opposé à l'obturateur, est ensuite assemblé sur la vanne, par exemple par vissage, et vient fermer l'assemblage. Le montage de la vanne est simple.
Alternativement, l'élément élastique est disposé entre le corps de vanne et l'obturateur rotatif. Le corps de vanne comporte ainsi moins d'éléments, ce qui peut permettre de simplifier l'assemblage et d'augmenter la rigidité du corps de vanne.
Selon un mode de réalisation, l'élément élastique est un ressort à vague.
Ce type de ressort, très compact, est bien adapté aux applications où peu d'espace est disponible. Selon un autre mode de réalisation, l'élément élastique est un ressort hélicoïdal.
Ce type de ressort est courant et économique à réaliser.
Selon un mode de réalisation, la surface d'appui de l'élément élastique contre l'organe d'étanchéité est un épaulement réalisé sur la périphérie de l'organe d'étanchéité.
Le ressort est ainsi naturellement maintenu en place.
Selon un mode de réalisation, le ratio entre l'aire de la surface d'appui de l'élément élastique contre l'organe d'étanchéité et l'aire de la surface de passage de fluide délimitée par le passage de l'obturateur rotatif est compris entre 0,6 et 2,8.
On obtient ainsi un bon compromis entre perte de section de passage pour le fluide traversant la vanne et espace disponible pour disposer le ressort.
Selon un mode de réalisation, le ratio entre l'aire de la surface d'appui de 1' organe d'étanchéité contre l'obturateur rotatif et l'aire de la surface de passage de fluide délimitée par le passage de l'obturateur rotatif est compris entre 0,2 et 1,5.
Cette valeur est un bon compromis entre amélioration de l'étanchéité et diminution de la section de passage.
Selon un mode de réalisation, l'axe de la portion de conduit située en amont de l'obturateur rotatif et l'axe de la portion de conduit située en aval de l'obturateur rotatif sont colinéaires.
Selon un mode de réalisation, l'axe de la portion de conduit située en amont de l'obturateur rotatif et l'axe de la portion de conduit située en aval de l'obturateur rotatif sont confondus.
Dans ce cas, le conduit est rectiligne et le fluide ne subit aucun changement de direction dans la vanne. Les pertes de charges sont ainsi minimisées, le montage de la vanne dans le circuit est facilité. En variante, l'axe de la portion de conduit située en amont de l'obturateur rotatif et l'axe de la portion de conduit située en aval de l'obturateur rotatif sont concourants en un point situé sur l'axe de rotation de l'obturateur rotatif.
Lorsque l'espace disponible pour la vanne est limité, il peut être préférable de rapprocher le conduit de sortie du conduit d'entrée de la vanne.
Selon un mode de réalisation, l'organe d'étanchéité est en métal, notamment en acier, en bronze, en aluminium.
Selon un mode de réalisation, l'obturateur rotatif est en métal, notamment en acier, en bronze, en aluminium.
Les matériaux de l'organe d'étanchéité et de l'obturateur rotatif sont sélectionnés en fonction des contraintes de l'application, comme la température et la pression maximale du fluide, ou sa corrosivité.
Selon un mode de réalisation, la vanne est agencée pour faire circuler des gaz d'échappement entre un circuit d'échappement d'un moteur à combustion et un circuit d'admission en gaz comburant du moteur à combustion.
Ce type de vanne est employée de manière standard afin de réduire les émissions des moteurs à combustion.
De préférence, les gaz d'échappement recirculés sont prélevés en amont d'une turbine de suralimentation du moteur.
De préférence, les gaz d'échappement recirculés sont réadmis dans le circuit d'admission en aval d'un compresseur de suralimentation du moteur.
Dans ce type d'architecture appelée classiquement « haute pression », la vanne est soumise à des températures et des pressions élevées. Il est donc particulièrement intéressant de disposer d'une vanne dans laquelle l'organe d'étanchéité peut compenser les variations dimensionnelles occasionnées par les variations de température de fonctionnement.
Bien entendu, une vanne selon l'invention peut également être utilisée dans une architecture de recirculation de gaz d'échappement de type « basse pression ». Par « basse pression », on entend que les prélèvement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement a lieu en aval de la turbine 26, les gaz d'échappement étant recirculés en amont du compresseur 23. De préférence, le prélèvement des gaz d'échappement s'effectue en aval du dispositif de dépollution 27.
Selon un mode de réalisation, la vanne comporte un organe d'étanchéité unique disposé dans le conduit en amont de l'obturateur rotatif, l'organe d'étanchéité étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif.
Alternativement, la vanne comporte un organe d'étanchéité unique disposé dans le conduit en aval de l'obturateur rotatif, l'organe d'étanchéité étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif.
Il est possible de disposer l'organe d'étanchéité soit en amont de l'obturateur, soit en aval de l'obturateur. L'efficacité est similaire.
Selon un autre mode de réalisation, la vanne comporte un organe d'étanchéité disposé dans le conduit en amont de l'obturateur rotatif et un organe d'étanchéité disposé dans le conduit en aval de l'obturateur rotatif, chaque organe d'étanchéité étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif.
En utilisant deux organes d'étanchéités distincts, le niveau de fuite est encore diminué. Avantageusement, les deux organes d'étanchéité sont identiques.
La vanne utilise ainsi des pièces standardisées, ce qui permet de faciliter l'assemblage et d'obtenir les composants plus économiquement. L'invention concerne également un moteur à combustion, comportant une vanne de recirculation de gaz d'échappement telle que décrite précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures.
La figure 1 représente de manière schématique un moteur à combustion équipé d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement,
La figure 2 décrit de manière schématique une vanne selon l'état de l'art,
La figure 3A décrit une vanne selon l'invention, représentée en position de fermeture,
La figure 3B est une vue en coupe de la vanne de la figure 3A,
La figure 4A décrit une vanne selon l'invention, représentée en position de pleine ouverture,
La figure 4B est une vue en coupe de la vanne de la figure 4A,
La figure 5A décrit une vanne selon l'invention, représentée en position d'ouverture partielle,
La figure 5B est une vue en coupe de la vanne de la figure 5A.
On a représenté sur la figure 1 un moteur à combustion 20, comportant une vanne de recirculation 1 de gaz d'échappement.
Le fonctionnement du moteur thermique est classique : l'air comburant est admis dans le circuit d'admission 21, qui comporte un compresseur de suralimentation 25 permettant d'augmenter la densité du mélange gazeux admis.
Le carburant est injecté dans les chambres de combustion du moteur par un système d'injection non représenté. Après combustion, les gaz d'échappement sont évacués par le circuit d'échappement 22. La majeure partie des gaz d'échappement traverse la turbine 26 du turbocompresseur 24 et l'entraine en rotation. L'énergie reçue par la turbine 26 permet d'assurer le travail de compression du compresseur 25, la turbine 26 et le compresseur 25 étant solidaires du même arbre de rotation, l'ensemble compresseur 25 et turbine 26 formant le turbocompresseur 24. Après détente dans la turbine 26, les gaz d'échappement traversent un système de dépollution 27, permettant d'éliminer les polluants présents dans les gaz d'échappement, en particulier les particules, et sont évacués à l'extérieur.
Une partie des gaz d'échappement est recirculée vers le circuit d'admission 21 du moteur 20 via le circuit de recirculation 23. Le circuit de recirculation 23 comporte un échangeur de chaleur 28 et une vanne 1.
La vanne est agencée pour faire circuler des gaz d'échappement entre un circuit d'échappement 22 d'un moteur à combustion 20 et un circuit d'admission 21 en gaz comburant du moteur à combustion 20. Le circuit de recirculation de gaz d'échappement est du type « haute pression », c'est-à-dire que les gaz d'échappement recirculés sont prélevés en amont d'une turbine de suralimentation 26 du moteur 20, et les gaz d'échappement recirculés sont réadmis dans le circuit d'admission 21 en aval d'un compresseur de suralimentation 25 du moteur 20.
Le contrôle du débit de gaz d'échappement recirculés est réalisé en faisant varier la section de passage des gaz dans la vanne, au moyen d'un obturateur mobile. Un moteur électrique contrôle la position de l'obturateur, par l'intermédiaire un mécanisme de commande, non représenté. Une unité de contrôle du moteur à combustion, non représentée, assure le pilotage du moteur électrique de la vanne 1 afin d'assurer le débit de gaz d'échappement recirculés adapté aux conditions de fonctionnement du moteur 20.
Dans une architecture de type « haute pression » comme celle de l'exemple décrit, la vanne reçoit des gaz à haute température et sous pression élevée. En effet, la température des gaz peut atteindre 900° C et la pression absolue 5 bar.
La figure 2 illustre un inconvénient d'une vanne à obturateur rotatif selon l'état de l'art.
Les gaz sont admis dans la vanne par l'orifice d'entrée 16. L'obturateur rotatif 3 est de forme générale cylindrique. L'obturateur rotatif 3 est disposé dans le corps de vanne 6 qui comporte un alésage recevant l'obturateur. Le système de commande de l'obturateur 3 n'a pas été représenté. L'obturateur rotatif 3 est agencé pour interdire la circulation de fluide dans le conduit 2 pour certaines positions angulaires de l'obturateur rotatif 3. Dans ces positions, le conduit est obturé par l'obturateur 3, comme c'est le cas sur la figure 2. L'obturateur 3 comporte un passage fonctionnel 4 permettant de la circulation de gaz dans la vanne lorsque le passage est aligné, partiellement ou totalement, avec le conduit d'entrée et le conduit de sortie.
Sur l'exemple représenté, le passage fonctionnel de fluide 4 de l'obturateur rotatif 3 est de forme cylindrique. Le passage fonctionnel de fluide 4 peut ainsi être réalisé simplement, par exemple par perçage.
Un jeu suffisant doit être prévu entre l'obturateur rotatif 3 et le corps de vanne 6 pour absorber les dilatations différentielles provoquées par l'écart de température entre l'obturateur rotatif 3 et le logement dans lequel l'obturateur pivote. En raison de ce jeu, il existe un chemin de fuite entre l'obturateur 3 et le corps de vanne, qui fait qu'il existe un débit de fuite F même lorsque l'obturateur est en position fermée, comme illustré sur la figure 2. Les gaz formant le débit de fuite sortent de la vanne par l'orifice de sortie 17. L'objet de l'invention est d'éliminer ce débit de fuite.
Les figures 3 à 5 montrent les détails de la vanne 1. Sur les figures 3A et 3B, la vanne est en position fermée.
La vanne 1 de contrôle d'un débit de fluide comporte : un conduit 2 de circulation de fluide, un obturateur rotatif 3 disposé dans le conduit 2, l'obturateur rotatif 3 comportant un passage fonctionnel de fluide 4 s'étendant transversalement à son axe de rotation, l'obturateur rotatif 3 étant configuré pour contrôler le débit de fluide dans le conduit, caractérisée en ce que la vanne 1 comporte au moins un organe d'étanchéité 5 disposé dans le conduit 2 et configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif 3 de manière à empêcher un écoulement parasite de fluide le long d'un chemin autre que le passage fonctionnel précité. L'organe d'étanchéité 5 est plaqué contre l'obturateur au niveau de la surface d'appui 12. Le chemin de fuite d'une vanne selon l'état de l'art est obturé. L'organe d'étanchéité 5 est plaqué contre l'obturateur rotatif 3 par un organe de rappel élastique 7. L'organe d'étanchéité 5 est guidé par le conduit 2. L'organe d'étanchéité 5 est mobile dans le conduit 2. L'organe d'étanchéité 5 peut se déplacer légèrement dans le conduit 2, suivant un mouvement de translation. Lorsque, pendant l'utilisation de la vanne, le diamètre de l'obturateur rotatif 3 augmente légèrement, sous l'effet de la température des gaz traversant la vanne 1, l'obturateur rotatif 3 peut repousser légèrement l'organe d'étanchéité 5, en comprimant l'organe de rappel élastique 7.
Lorsque le diamètre de l'obturateur 3 diminue, la force appliquée par l'élément élastique 7 permet de maintenir chaque organe d'étanchéité 5 plaqué contre l'obturateur rotatif 3, même lorsque les jeux de fonctionnement évoluent. De la même manière, les dispersions dimensionnelles entre les pièces produites en série sont compensées, puisque le montage avec un organe d'étanchéité mobile et un organe de rappel élastique permet d'assurer le contact entre l'organe d'étanchéité et l'obturateur quelque soit la valeur du jeu. Ainsi, l'étanchéité de la vanne est améliorée, quelles que soient les conditions de fonctionnement.
La portion du conduit 2 dans laquelle est disposé l'organe d'étanchéité 5 est cylindrique.
Le conduit 2 peut être réalisé dans un usinage d'un corps de vanne obtenu par fonderie. L'organe d'étanchéité 5 possède une forme générale en cylindre creux. L'organe d'étanchéité 5 peut ainsi être obtenu simplement, notamment par tournage pour obtenir la forme extérieure, un perçage permettant ensuite d'obtenir le passage 4.
Sur l'exemple représenté, la vanne 1 comporte un organe d'étanchéité 5 disposé dans le conduit 2 en amont de l'obturateur rotatif 3 et un organe d'étanchéité 5' disposé dans le conduit 2 en aval de l'obturateur rotatif 3, chaque organe d'étanchéité 5,5' étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif 5.
Sur l'exemple représenté, les deux organes d'étanchéité 5,5' sont identiques.
La vanne utilise ainsi des pièces standardisées, ce qui permet de faciliter l'assemblage et d'obtenir les composants plus économiquement. Chaque organe d'étanchéité 5,5' est au contact de l'obturateur rotatif 3 au niveau d'une surface de contact 12,12'.
On a représenté sur les figures 4A et 4B la vanne 1 en position d'ouverture maximale. L'organe d'étanchéité 5 comporte une ouverture en regard du passage fonctionnel 4 lorsque l'obturateur 3 est dans une position d'ouverture maximale.
Les gaz traversant le passage 4 de l'obturateur rotatif 3 passent ensuite à l'intérieur de l'organe d'étanchéité 5', la portion intérieure de l'organe d'étanchéité 5' définissant un conduit d'écoulement 15. Les gaz rejoignent ensuite la sortie 17 de la vanne 1.
Plus précisément, le diamètre intérieur de l'organe d'étanchéité 5 est égal au diamètre du passage 4 de l'obturateur rotatif 3.
De la même manière, du coté de l'entrée 16 de la vanne, les gaz traversent la portion intérieure de l'organe d'étanchéité 5 avant de traverser le passage fonctionnel 4 de l'obturateur mobile 3.
Ainsi, lorsque l'obturateur est en position de pleine ouverture, le fluide traversant la vanne ne rencontre pas de changement de section du conduit lorsqu'il passe du passage fonctionnel 4 de l'obturateur au conduit 15 défini par l'intérieur de l'organe d'étanchéité 5'. L'écoulement de fluide ne subit pas non plus de changement de direction. Les pertes de charges générées par la vanne sont ainsi minimisées.
Le fluide peut passer uniquement par le passage fonctionnel de fluide 4 lorsque l'obturateur 3 est en position d'ouverture. L'organe d'étanchéité est en permanence plaqué contre l'obturateur rotatif. Chaque organe d'étanchéité 5,5' assure l'étanchéité de la vanne lorsque l'obturateur 3 est en position d'obturation, mais également lorsque l'obturateur 3 est en position d'ouverture.
La surface 12,12' de l'organe d'étanchéité 5,5', plaquée sur l'obturateur rotatif 3, possède une forme complémentaire à celle de la surface externe de l'obturateur rotatif 3.
La forme complémentaire des surfaces de contact 12, 12' de l'organe d'étanchéité 5,5' et de l'obturateur 3 permet un bon contact entre les deux pièces. La quantité de gaz susceptibles de s'insinuer entre les deux surfaces de contact est minimisée, ce qui garantit une bonne étanchéité de la vanne 1.
La surface 12 de l'organe d'étanchéité 5 plaquée sur l'obturateur rotatif 3 possède une forme générale de calotte cylindrique. L'élément élastique 7,7' est disposé entre un élément 10,10' rigidement liée au corps de vanne 6 et l'obturateur rotatif 3. Une entretoise 9,9' est intercalée entre le ressort 7,7' et l'élément 10,10'. L'élément 10 est vissé sur le corps de vanne 6. Une extrémité du ressort 7 est donc fixe, et l'effort généré par le ressort plaque l'élément d'étanchéité 5 contre l'obturateur 3. Pendant l'assemblage de la vanne, le ressort 8 est disposé sur l'organe d'étanchéité 5, et le sous-ensemble est inséré dans le conduit 2. L'entretoise 2 est ensuite positionnée, et l'élément de maintien 10 est solidarisé avec le corps de vanne 6. De même que les éléments d'étanchéité 5, 5' sont identiques, il en est de même pour les éléments 10,10', et les entretoises 9,9'. L'élément élastique 7,7' est un ressort à vague.
Ce type de ressort est bien adapté aux applications où peu d'espace est disponible. Le choix des caractéristiques du ressort, comme la longueur à vide et la raideur, permet de définir la pression de contact entre les pièces dans les différentes conditions de fonctionnement.
La surface d'appui 13 de l'élément élastique 7 contre l'organe d'étanchéité 5 est un épaulement réalisé sur la périphérie de l'organe d'étanchéité 5.
Le ratio entre l'aire de la surface d'appui 13 de l'élément élastique 7,7' contre l'organe d'étanchéité 5,5' et l'aire de la surface de passage de fluide délimitée par le passage 4 de l'obturateur rotatif 3 est compris entre 0,6 et 2,8. On entend par ce ratio le quotient de l'aire de la surface d'appui 13 de l'élément élastique contre l'organe d'étanchéité et de l'aire de la surface de passage de fluide offerte par le passage 4 de l'obturateur rotatif 3. Plus ce ratio est petit, plus on favorise l'obtention d'un débit élevé, pour un encombrement donné de la vanne. Par contre le ressort est alors soumis à des contraintes importantes. Avec la plage de valeur décrite, on obtient un bon compromis entre la section de passage disponible pour le fluide traversant la vanne et l'espace disponible pour disposer le ressort.
Le ratio entre l'aire de la surface d'appui 12,12' de l'organe d'étanchéité 5,5' contre l'obturateur rotatif 3 et l'aire de la surface de passage de fluide délimitée par le passage 4 de l'obturateur rotatif 3 est comprise entre 0,2 et 1,5. On entend par ratio le quotient de l'aire de la surface d'appui 12,12' de l'organe d'étanchéité et de l'aire de la surface de passage de fluide offerte par le passage 4 de l'obturateur rotatif 3. Pour un effort appliqué par l'élément élastique 7,7' donné, plus l'aire de la surface d'appui 12,12' entre les pièces est importante, plus l'étanchéité de la vanne est améliorée. En contrepartie, la section de passage disponible pour le passage des gaz est diminuée. Un compromis est donc à trouver suivant les conditions d'utilisation et le niveau de fuite visé. La plage de valeurs décrite permet un bon compromis entre amélioration de l'étanchéité et diminution de la section de passage.
Sur l'exemple de vanne représenté, l'axe de la portion de conduit 14 située en amont de l'obturateur rotatif 3 et l'axe de la portion de conduit 15 située en aval de l'obturateur rotatif 3 sont colinéaires.
Plus précisément, l'axe de la portion de conduit 14 située en amont de l'obturateur rotatif 3 et l'axe de la portion de conduit 15 située en aval de l'obturateur rotatif 3 sont confondus.
Autrement dit, les conduits 14,15 sont alignés. Lorsque la vanne est en position de pleine ouverture, le conduit d'écoulement est rectiligne et le fluide ne subit aucun changement de direction dans la vanne. Les pertes de charges sont ainsi minimisées. Le montage de la vanne dans le circuit de recirculation de gaz d'échappement est également facilité.
On dispose ainsi d'une vanne pouvant travailler à haute température, générant peu de pertes de charges et possédant de très faibles fuites parasites.
Sur l'exemple décrit ici, l'organe d'étanchéité 5, 5' est en métal, notamment en acier, en bronze, en aluminium. L'obturateur rotatif 3 est également en métal, notamment en acier, en bronze, en aluminium.
Les matériaux de l'organe d'étanchéité et de l'obturateur rotatif sont sélectionnés en fonction des contraintes de l'application, comme la température et la pression maximale du fluide, ou sa corrosivité.
Selon des modes de réalisation non représentés, la vanne décrite peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles : L'obturateur rotatif 3 est de forme générale sphérique. L'élément élastique 7,7' est disposé entre le corps de vanne 6 et l'obturateur rotatif 3.
Il n'est alors pas nécessaire d'avoir des pièces rapportées sur le corps de vanne pour maintenir l'élément élastique 7,7'. L'élément élastique 7,7' est un ressort hélicoïdal.
Ce type de ressort est économique et facilement disponible. L'axe de la portion de conduit 14 située en amont de l'obturateur rotatif 3 et l'axe de la portion de conduit 15 située en aval de l'obturateur rotatif 3 sont concourants en un point situé sur l'axe de rotation de l'obturateur rotatif 3. L'encombrement de la vanne peut ainsi être réduit. Le passage fonctionnel 4 de l'obturateur rotatif possède alors un changement de direction afin d'être dans le prolongement des conduits d'entrée et de sortie de la vanne, lorsque l'obturateur est en position de pleine ouverture.
La vanne 1 comporte un organe d'étanchéité unique 5 disposé dans le conduit 2 en amont de l'obturateur rotatif 3, l'organe d'étanchéité 5 étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif 3.
La vanne 1 comporte un organe d'étanchéité unique 5' disposé dans le conduit 2 en aval de l'obturateur rotatif 3, l'organe d'étanchéité 5' étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif 3.
En employant un organe d'étanchéité unique, la construction de la vanne est plus simple et plus économique.
La vanne de l'exemple décrit est une vanne de recirculation de gaz d'échappement. Le même principe peut être appliqué à d'autres types de vanne pour moteur à combustion. L'organe d'étanchéité peut être en polymère à bas coefficient de frottement de frottement, notamment PTFE.
Pour des applications pour lesquelles les contraintes thermiques sont peu sévères, l'organe d'étanchéité peut être en matière plastique. L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. Ainsi, d'autres applications sont également possibles sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Vanne (1) de contrôle d'un débit de fluide, comportant : un conduit (2) de circulation de fluide, un obturateur rotatif (3) disposé dans le conduit (2), l'obturateur rotatif (3) comportant un passage fonctionnel de fluide (4) s'étendant transversalement à son axe de rotation, l'obturateur rotatif (3) étant configuré pour contrôler le débit de fluide dans le conduit, caractérisée en ce que la vanne (1) comporte au moins un organe d'étanchéité (5) disposé dans le conduit (2) et configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif (3) de manière à empêcher un écoulement parasite de fluide le long d'un chemin autre que le passage fonctionnel précité.
  2. 2. Vanne selon la revendication précédente, selon laquelle l'organe d'étanchéité (5) est plaqué contre l'obturateur rotatif (3) par un organe de rappel élastique (7).
  3. 3. Vanne selon l'une des revendications précédentes, selon laquelle une surface (12) de l'organe d'étanchéité (5) plaquée sur l'obturateur rotatif (3) possède une forme complémentaire à celle d'une surface externe de l'obturateur rotatif (3).
  4. 4. Vanne selon l'une des revendications précédentes, selon laquelle l'obturateur rotatif (3) est agencé pour interdire la circulation de fluide dans le conduit (2) pour certaines positions angulaires de l'obturateur rotatif (3).
  5. 5. Vanne selon l'une des revendications précédentes, selon laquelle l'organe d'étanchéité (5) possède une forme générale en cylindre creux.
  6. 6. Vanne selon l'une des revendications 2 à 5, selon laquelle l'élément élastique (7) est disposé entre un élément (10) rigidement liée au corps de vanne (6) et l'obturateur rotatif (3).
  7. 7. Vanne selon l'une des revendications 2 à 6, selon laquelle l'élément élastique (7) est un ressort à vague.
  8. 8. Vanne selon l'une des revendications précédentes, selon laquelle l'organe d'étanchéité (5) est en métal, notamment en acier, en bronze, en aluminium.
  9. 9. Vanne selon l'une des revendications précédentes, agencée pour faire circuler des gaz d'échappement entre un circuit d'échappement (22) d'un moteur à combustion (20) et un circuit d'admission (21) en gaz comburant du moteur à combustion (20).
  10. 10. Vanne selon l'une des revendications précédentes, selon laquelle la vanne (1) comporte un organe d'étanchéité unique (5) disposé dans le conduit (2) en amont de l'obturateur rotatif (3), l'organe d'étanchéité (5) étant configuré pour être plaqué contre l'obturateur rotatif (5).
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