Brevet FR2475154A1 — publié le 19810807

- La présente invention se rapporte à une soupape d'aspiration équipant une pompe de fluide sous pression, notamment une pompe hydraulique de haute pression. comportant un siège annulaire entourant un canal et contre lequel repose, en position de fermeture, un orga- ne d'obturation discoldal, qui, sollicité élastiquement et présentant une surface de contact annulaire, peut être soulevé de lui-même à l'écart dudit siège de la soupape-, sous l'action de la pression exercée par le fluide dans ledit canal. En règle générale, une soupape d'aspiration est commandée automatiquement dans une pompe hydraulique par la pression d'aspiration. Selon une forme de réali- sation connue, un embout en forme de douille entoure un 'rnel re ?acFl '3'î f.ijrip mot:q nrerqion et forme un siège de soupape plan et annulaire destiné à venir en contact avec une face plane de l'organe d'obturation discoldal. Ce dernier est sollicité par un ressort qui le pousse contre le siège de la soupape lorsqu'il ne règne aucune pression notable dans le canal. Dans une soupape d'aspiration de type plus récent. il persiste tout d'abord, malgré un usinage fin des surfaces complé- mentaires, une rugosité qui ne disparaît qu'au fur et à mesure que la durée d'utilisation croît. Ces surfa- ces associées se polissent pour ainsi dire mutuelle- ment. Cependant, lorsque la soupape d'aspiration est rodée, un bruit désagréable et clairement audible se manifeste lorsque la pompe tourne au ralenti. Ce bruit métallique disparaît à nouveau lorsque la pompe fonctionne sous charge. Ce bruit au ralenti donne l'impression d'être dû à un défaut mécanique de la pompe, ce qui inquiète l'utilisateur de cette dernière. Celui-ci remplace la soupape d'aspiration, bien que cette dernière soit encore pleinement apte à fonction- ner. D'autre part, lorsque cet utilisateur, sur la base d'une information que lui a fournie le construc- teur, continue d'utiliser la pompe en ne faisant pas cas de l'évolution du bruit, il court le risque de ne pas déceler l'apparition d'un défautmécanique effectif à l'intérieur de la pompe. La présente invention a par conséquent pour ob- jet d'améliorer une soupape d'aspiration du type préci- té, de telle sorte qu'elle fonctionne sans aucun bruit pendant toute sa durée utile. - Selon les caractéristiques essentielles de l'in- vention. fa surface de contact de l'organe d'obturation, située sur la périphérie de ce dernier, constitue une partie d'une enveloppe sphérique, ledit siège consti- tuant une partie d'une enveloppe conique ou pré- sentant une section bombée. Dans une telle forme de réalisation. on obtient une ligne de contact circulaire entre l'organe d'ob- turation et le siège de la soupape, qui se maintient après une longue durée d'utilisation et-après que -ladite soupape a été rodée. Même lorsque, par suite. des tourbillons du fluide sous pression, l'organe d'obturation prend une position inclinée par rapport au siège de la soupape, une zone de contact circulaire persiste, étant donné que la surface de contact consti- tue une partie d'une enveloppe spérique qui est appli- quée contre ledit s.iège en conservant toujours le.même diamètre. D'une manière surprenante, plus aucun bruit au ralenti n'apparaît dans la soupape d'aspiration selon l'invention. Dans les soupapes d'aspiration de l'art antérieur, le siège de la soupape marquait de son empreinte la surface de contact de l'organe d'ob- turation après une longue durée d'utilisation. Cet inconvénient est également supprimé dans la forme de réalisation selon l'invention, étant donné que les surfaces complémentaires reposent continuellement à - 24 75154 plat l'une sur l'autre sans présenter aucune arête contondante susceptible de s'enfoncer ou de former un sillon par suite de l'effet d'entaille. Certes, il n'est naturellement pas possible d'exclure une usure métallique de.s surfaces complémentaires, mais cette usure est répartie d'une manière tellement régulière sur le siège de la soupape et la surface de contact qu'elle ne donne naissance à aucune empreinte, canne- lure ou autre-irrégularité. Dans une autre forme de réalisation pratique selon l'invention, l'angle de conicité du siège de la soupape mesure 900 ou est inférieur à cette valeur. De tels angles de conicité du siège de la soupape confè- rent une étanchéité particulièrement bonne en position de fermeture. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, le centre imaginaire de l'enveloppe sphérique se trouve dans l'axe médian de l'enveloppe conique. Cette caractéristique permet d'assurer un effet d'étanchéité irréprochable, même lorsque l'organe d'obturation a pris une position inclinée par basculement. Une autre forme de réalisation commode prévoit que la largeur de la surface de contact corresponde approximativement au triple ou au quadruple de la lar- geur du siège de la soupape. Ce rapport entre les lar- geurs permet d'éviter d'une manière sûre que des arêtes biseautées puissent venir en contact, même lorsque l'or- gane d'obturation occupe une position inclinée à l'extrê- me, tout en garantissant en même temps qu'une usure éven-. tuelle soit répartie sur une surface optimale. Dans une autre forme de réalisation commode l'organe obturateur présente une configuration discol- dale, ses surfaces étant parallèles. Dans ces condi- tions, l'organe d'oburation conserve particulièrement bien sa forme tout en étant léger, de sorte que la soupa- pe fonctionne d'une manière irréprochable, même à de -' 2475154 - : grandes vitesses, et qu'elle ne beurte pas son siège. Le fluide s'écoule particulièrement bien au-tour d'un org-ane d'obturation discoldal présentant une surface de contact sphérique. Selon une autre forme de réalisation commode, au moins la surface de l'organe d'obturation orientée vers le canal est entourée d'une bordure continue, dont la périphérie est sphérique. Grâce à-cette configuration. on obtient une surface de contact de l'organe d'obtura- tion favorablement importante. La masse totale et le poids de cet organe d'obturation restent cependant fai- bles. En outre, par suite de la configuration en cuvette de la face inférieure de l'organe d'obturation, le fluide sous pression présent peut ouvrir complètement,. aisément et rapidement la soupape-d'aspiration après avoir soulevé initialement l'organe d'obturation. Selon une autre forme de réalisation avantageuse, dans une soupape d'aspiration, dans laquelle il est prévu une cage entourant le siège à distance et supportant le ressort sollicitant l'organe d'obturation, ce dernier présente une configuration fongiforme et il est engagé - avec jeu dans ladite cage, par une saillie associée à sa surface orientée à l'opposé du canal, en'traversant un orifice de guidage. Il en résulte un guidage avec jeu du dépiacement de l'organe d'obturation, ce qui- est souhaitable dans certaines conditions de fonctionnement. Par ailleurs, la saillie permet au ressort de la soupa- - " pe d'appliquer une force bien répartie. Selon un autre type de réalisation conformément à l'invention, le canal est évasé tronconiquement sur une partie de son étendue longitudinale dirigée vers le siège. Une telle configuration permet au fluide de mieux traverser la soupape d'aspiration. Par ailleurs, dans toutes les formes de réalisation -selon la présente invention, la- configuration donnée à la surface de contact et au siège de la soupape améliore considérable- ment les conditions de débit du fluide dans ladite sou- 2 4 75 15 4 pape. Dans des soupapes classiques dotées d'organes d'obturation discoidaux, des tourbillons considérables se manifestaient aux arêtes anguleuses du siège. lors du début de l'ouverture de la soupape, dans la position d'ouverture intégrale de cette dernière et lors du pas- sage du fluide autour de l'organe d'obturation, et ces tourbillons entraînaient, outre une perte d'énergie, des contraintes supplémentaires favorisant l'usure aux organes constituant la soupape t phénomène de cavita- tien). Enfin, la soupape d'aspiration selon l'invention est utilisée comme soupape de pression dans une pompe hydraulique de haute pression. et elle est disposée dans le sens contraire à celui du débit du fluide. En effet, cette soupape selon l'invention peut être uti- lisée comme soupape de pression sans modifications importantes. De ce fait, la fabrication et le montage des soupapes de la pompe s'en trouvent simplifiés et moins coûteux- étant donné qu'au moins le même organe d'obturation est utilisé pour les deux soupapes. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale d'une soupape d'aspiration selon l'invention, illustrée à droite dans sa position de fermeture et à gauche dans sa position d'ouverture; la figure 2 est une coupe transversale d'une soupape de pression; et la figure 3 est une coupe fragmentaire d'une autre-variante de réalisation. Une soupape d'aspiration 1 est montée contre la - paroi 2 du carter d'une pompe hydraulique non représen- tée en détail. Un corps 3 en forme de manchon entoure un canal 5 permettant le passage d'un fluide sous pression.Ce corps 3 est évasé tronconiquement sur une partie de son étendue longitudinale (.région S) et il s'achève à l'intérieur de la soupape I par un siège 4. Ce dernier est annulaire. et constitue une partie d'une enveloppe conique dont la pointe du cône se trouve dans le canal 5. Un organe d'obturation 7, associé au siège 4, présente une configuration fongiforme et comporte une surface plane 8 et une surface 9 parallèle à cette der- nière. Ladite surface 8 est entourée par une bordure continue et saillante. L'organe d'obturation 7 compo.r- te une surface de contact 11 à la périphérie de la par- tie discoidale de sa configuration fongiforme, cette surface constituant une partie d'une-enveloppe sph-éri- que dont le centre imaginaire se trouve dans l'axe médian de l'enveloppe conique du siège 4. La largeur B de la surface 11 est approximativement égale au triple ou au quadruple de la largeur b du siège 4. Dans-la po- sition de fermeture illustrée dans la partie droite de la figure 1, la génératrice du siège 4 est tangente à la surface de contact 11, d'o il résulte une zone de contact circulaire entre ces deux éléments, auquel cas le canal est obturé. - Le corps 3 est engagé dans un alésage étagé 12 de 1-a paroi 2 du carter et assuré dans sa position par matage dans une région 18. Ce corps coince en même temps, dans l'alésage 12, la bride 17 d'une cage 14, qui sert à supporter un ressort 16 appliqué contre la sur- face 9 de l'organe d'obturation 7 et sollicitant ce dernier à sa position de fermeture. Sur la surface 9, est disposée une saillie 13' en forme de tourillon, qui traverse avec un jeu radial un orifice de guidage 15 de la cage 14, de manière à assurer un guidage avec jeu de l'organe d'obturation. Dans la partie gauche de la figure 1, la soupape 1 est illustrée dans sa position d'ouverture, dans laquelle la pression régnant dans le canal 5 a déplacé la surface de contact 11 de l'organe d'obturation 7 à l'écart du siège 4, d'une manière telle que le fluide sous pression puisse s'écouler en traversant tout d'a- bord l'alésage 12. A cet effet,-des orifices de passage. non représentés sur les dessins, sont ménagés dans la cage. La zone de contact entre l'organe d'obturation et le siège de la soupape consiste également en une ligne circulaire lorsque cet organe d'obturation 7 prend une position légèrement inclinée par rapport à la position illustrée. La figure 2 illustre en cou.pe transversale une soupape de pression 20, dont la forme de réalisation est fondamentalement identique à celle de la soupape décrite-ci-avant. Les moitiés de droite et de gauche de la figure 2 illustrent respectivement la soupape de pression dans ses positions de fermeture et d'ouver- ture. Un corps 21 en forme de manchon, assujetti par matage dans la position qu'il occupe dans la paroi 2 du carter, est évasé dans une région 22 en donnant naissan- ce à un siège 23,qui constitue une partie d'.une enve- loppe conique dont l'angle de conicité et mesure 600 ou est inférieur à cette valeur. Contre ce siège 23. est appliqué un organe d'obturation 24, par sa face de contact 25 qui, située sur la périphérie dudit organe. constitue une partie d'une enveloppe sphérique.L'organe d'obturation 24 présente une saillie 26 en forme de tourillon, qui traverse *une ouverture 28 d'une cage 27, de sorte que ledit organe d'obturation est guidé avec jeu par rapport à cette cage 27. Un ressort de ferme- ture 16 pousse cet organe d'obturation en direction du siège 23. La cage 27 est maintenue en position par compression dans l'alésage du carter. La moitié gauche de la figure 2 met en évidence la manière dont l'or- gane d'obturation 24 est soulevé par la pression régnant dans un canal 30 et permet au fluide de s'écouler par le siège 23. La figure 3 est une coupe fragmentaire illus- trant un corps 31 en-forme de manchon, qui peut être - 2475154 utilisé à la place du corps 3 ou 21 de la figure I ou 2, et qui présente un siège bombé 34. La génératrice- de ce siège 34 est, par exemple, un arc de cercle de rayon 36 et de centre 35. Le corps 31. dé.limi.te à son tour un passage 32 du fluide sous pression et il est évasé tronconiquement dans une région longitudinale 33. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à, la soupape décrite et repré- sent.ée, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Soupape d'aspiration équipant une pompe de fluide sous pression, notamment une pompe hydraulique de haute pression, comportant un siège annulaire entou- rant un canal et contre lequel repose, en position de fermeture, un organe d'obturation discoidal qui, solli- cité élastiquement et présentant une surface de contact annulaire, peut être soulevé de lui- méme à l'écart dudit siège de la soupape, sous l'action de la pression exercée par le fluide dans ledit canal, soupape caracté- risée par le fait que ladite surface de contact (11; ) dudit organe d'obturation (24; 7), située sur la périphérie de ce dernier, constitue une partie d'une enveloppe sphérique,et par le fait que ledit siège (4; 23; 34) constitue une partie d'une enveloppe coni- que ou présente une section bombée. 2. Soupape selon la revendication l, caractéri- sée par le fait que l'angle de conicité ()) du siège 4; 23) de la soupape mesure 90 ou est inférieur à cette valeur. 3. Soupape selon l'une des revendications I et 2, caractérisée par le fait que le centre imaginaire de l'enveloppe sphérique se trouve dans l'axe médian de l'enveloppe conique. 4. Soupape selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3. caractérisée par le fait que la largeur. (B) de la surface de contact (11; 25) correspond appro- ximativement au triple ou au quadruple de la largeur (b) du siège (4; 23; 34) de ladite soupape. 5. Soupape selon l'une quelconque des revendi- cations I à 4, caractérisée par le fait que l'organe obturateur (7) présente une configuration discoldale. ses surfaces (8,9) étant parallèles. 6. Soupape selon la revendication 5. caracté- risée par le fait qu'au moins la surface (8) de l'or- gane d'obturation (7) orientée vers le canal (5) est entourée d'une bordure continue (10) dont la périphérie est sphérique. 7. Soupape selon l'une quelconque des revendi- cations I à 6. dans laquelle il est prévu une cage qui. entourant le siège à distance, supporte le ressort sollicitant l'organe d'obturation, soupape caractérisée par le fait que ledit organe d'obturation (7) présente une configuration fongiforme et est engagé avec jeu dans ladite cage (14). par une saillie (13) associée à sa sur- face (9) orientée à l'opposé du canal (5),. en traversant un orifice de guidage (15). 8. Soupape selon l'une quelconque des revendi- cations I à 7, caractérisée par le fait que le canal (5: 30) est évasé tronconiquement ( en 6; 22; 33) sur une partie de son étendue longitudinale dirigée vers le siège (4; 23; 34). 9. Soupape selon l'une quelconque des revendi- cations I à 8, caractérisée par le fait qu'elle est utilisée comme soupape de pression dans-une pompe hydrau- lique de haute pression, et disposée dans le-sens contraire à celui du débit du fluide.