Brevet FR2555700A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne une soupape de pression comportant un élément de fermeture sous tension et con- çu pour être appuyé contre un siège de soupape. Dans les soupapes de pression de ce type, les éléments de fermeture sont souvent des billes en acier trempé. Ces billes d'acier peuvent être fabriquées à moindre coût, en grande série et avec une précision élevée. Par rapport aux soupapes munies de plateaux guidés par des tiges, les soupapes de pression ci-dessus se caractéri- sent par une construction plus simple dans la mesure o les billes, qui se positionnent automatiquement sur le siège de la soupape sous l'effet d'une force de pression, ne nécessitent pas de mettre en oeu- vre des éléments de guidage importants. Bien que les éléments de fermeture métalliques permettent d'obtenir des soupapes étanches sans même avoir recours à des maté- riaux d'étanchéité de type élastomère; des particules dures d'impu- retés peuvent provoquer l'apparition de rayures au niveau du siège des soupapes et donc des fuites. Dans les soupapes de limitation de pression ou de surpres- sion équipées de billes, la force qui est exercée sur la bille et qui s'oppose à la pression du fluide dépend, selon un rapport quadratique, du diamètre de la bille. Cette force est répartie le long d'une li- gne d'étanchéité qui augmenteselon un rapport linéaire, avec le dia- mètre de la bille. La force de fermeture- baisse donc rapidement lors- que la taille de la soupape diminue. Il arrive souvent que la force de fermeture ne soit plus suffisante pour chasser les plus petites impuretés. Il est toutefois indispensable que l'étanchéité du système soit assurée à tout moment de l'exploitation. On a donc déjà propo- sé de prévoir un filtre fin en amont de la soupape. L'encrassement progressif du filtre neutralise l'action de la soupape de pres- sion ce qui peut avoir des conséquences indésirables lorsque la sou- pape est utilisée comme organe de limitation de pression ou comme organe de surpression. Le brevet DE-PS 26 11 216 présente une soupape de pres- sion comportant un plateau qui est relié par un ressort à un piston, lequel coulisse dans un corps de guidage à l'encontre de la force du ressort lorsqu'il est soumis à l'action d'un agent de pression. La position du piston dans le corps de guidage détermine le niveau de la pression d'ouverture de la soupape. Le document DE-OS 18 13 167 présente par ailleurs une soupape de surpression comportant d'une part un élément de fermeture se fer- mant dans le sens opposé au sens d'écoulement de l'agent de pression et d'autre part un piston de commande solidarisé à l'élément de fer- meture par un dispositif de levier. Ce type de soupape de surpres- sion comprend un piston pilote sur lequel s'applique la différence de pression entre haute et basse pression. Grâce au piston pilote, le rapport de transmission du dispositif de levier est modifié pour provoquer l'ouverture de l'élément de fermeture. L'objectif de la présente invention est donc de proposer une soupape de pression du type ci-dessus indiqué dont l'étanché- ité est assurée malgré les impuretés présentes dans l'agent de pres- sion et même en l'absence d'un filtre. L'objectif- conforme à la présente invention est atteint en ce que, à une pression nettement inférieure à la pression nominale de réponse exercée c8té admission de la soupape de pression, l'é- lément de fermeture est poussé contre le siège de la soupape sous l'action d'une force excéd4nt sensiblement la tension corres- pondant à la pression nominale de réponse et en ce que, à une pres- sion nominale de réponse exercée côté admission de la soupape de com- pression, l'élément de fermeture est soumis à une force adaptée à la pression nominale de réponse. L'étanchéité est donc nettement amélio- rée grâce à la pression très élevée qui est exercée temporairement sur le siège de la soupape et qui est ensuite ramenée à la valeur nominale de la soupape. En raison de la très forte pression exercée sur les surfaces d'étanchéité, les impuretés sont déplacées ou simple- ment forcées dans le passage. Conformément à un exemple de réalisation avantageux confor- me à l'invention, il est prévu que l'élément de fermeture est soumis à la tension d'un ressort par l'intermédiaire d'un poussoir et que l'extrémité du ressort opposée au poussoir se déplace, en fonc- tion de la pression exercée côté admission de la soupape de compres- sion, entre une première position extrême pour laquelle la force im- posée à l'élément de fermeture est à son maximum et une seconde po- sition extrême pour laquelle la force exercée par le ressort sur l'élément de fermeture est égale à la force engendrée par la pression nominale de réponse. Un exemple de réalisation de conception particulièrement sim- ple conforme à l'invention prévoit que l'extrémité du ressort opposée à l'élément de fermeture est au contact d'un piston pilote dont la surface de travail est soumise à l'action d'un agent actif sous la pression régnant côté admission de la soupape de pression et qui est soumis à une tension supérieure à la force du ressort sur l'élément de fermeture en cas de pression nominale de réponse. Conformément à un autre exemple de réalisation de l'inven- tion, le piston pilote cylindrique et creux,monté à coulissement dans un cylindre,abrite le siège de soupape, l'élément de fermeture, le pous- soir et le ressort entourant ledit poussoir, tandis qu'au fond du piston pilote sont prévus des orifices permettant le passage de l'agent actif qui peut être évacué par une cavité non soumise à la pression de l'agent actif et par un orifice de passage du cylindre. Ce type de réalisation est de conception compacte et ne comporte par ailleurs aucune pièce d'exécution complexe. L'ensemble peut donc être fabriqué à moindre coût. De préférence, l'espace de travail réservé à l'agent actif est situé entre un rebord annulaire du piston pilote, la paroi inté- rieure du cylindre et un couvercle fermant ledit cylindre dans sa par- tie avant, ledit couvercle comportant un conduit d'admission axial pratiqué dans un corps cylindrique qui est exécuté sous la forme d'une pièce de guidage intérieur pour le piston pilote et qui compor- te des conduits mettant en communication le conduit d'admission et l'espace de travail. Ce dispositif est constitué pour l'essentiel de pièces à symétrie de révolution faciles à réaliser. De préférence, la tension appliquée au piston pilote par le ressort est calculée pour que le déplacement dudit piston pilote commence à environ 95 % de la pression nominale de réponse. Dans un exemple d'application pratique, la soupape de pression est implantée parallèlement à une soupape de commande et à un dispositif d'actionnement d'un circuit de freinage d'un véhicu- le automobile. La soupape de compression de l'invention est de préférence une soupape à siège dont l'élément de fermeture peut être une bille, un cône ou un plateau de soupape. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une coupe longitudinale d'une soupape de pression implantée sur le circuit de freinage hydraulique d'un véhi- cule automobile, ledit circuit étant représenté sous forme schématique, - la figure 2, un diagramme de la force de pression de l'é- lément de fermeture sur le siege de la soupape et de la course du piston pilote par rapport à la pression exercée côté entrée. La soupape de -pression 1 telle que représentée sur la figure est une soupape à siège comportant un cylindre 2 dont la face avant ouverte est pourvue d'une bride circulaire 3. La bride 3 re- çoit un couvercle 4 muni en son centre d'un corps cylindrique prolon- gé dans le sens axial 5. Le corps cylindrique 5 dépasse de part et d'autre des faces du couvercle 4. Sur la partie du corps cylindri- que 5 placée à l'extérieur du cylindre 2 est prévu un filetage (non représenté sous forme détaillée). Le corps cylindrique 5 est traver- sé par un conduit concentrique 6 dont l'extrémité débouchant dans le cylindre 2 forme un siège 7 destiné à une bille en acier trempé 8, un poussoir 9 agissant sur le c8té de ladite bille opposé au siè- ge 7. Au niveau de l'extrémité 10 reposant sur la bille 8, le pous- soir 9 a la forme d'un plateau. L'extrémité du ressort 12 qui entou- re le poussoir 9 est en contact avec l'extrémité en plateau 10 du poussoir 9, ledit ressort étant sous tension tandis que son autre extrémité repose sur une paroi circulaire 11. La paroi cir- culaire 11 traversée par des lumières 13 fait partie du fond du pis- ton pilote cylindrique et creux 14 qui entoure le ressort 12, le poussoir 9, la bille 8 et la partie du corps cylindrique 5 pénétrant dans le cylindre 2. Ladite partie forme une surface de guidage pour le piston pilote cylindrique et creux 14 dont la face avant ouverte est entourée par un rebord annulaire 15. Un ressort 16 prend appui sur le rebord 15 tandis que l'autre extrémité dudit ressort vient en butée sur le fond du cylindre 2. L'espace de travail réservé au piston cylindrique creux 14 se situe entre le rebord 15 et le couvercle 4. Sur la face du cou- vercle 4 tournée vers le cylindre 2 sont prévus des évidements 17 qui communiquent par des conduits 18 avec le conduit central 6 du corps cylindrique 5. Dans la paroi du rebord annulaire 15 est prévu un joint 19 destiné à isolerhermétiquement l'espace auquel l'agent actif est ap- pliqué,de l'espace 20 recevant le ressort 16. Un orifice de sortie 21 est pratiqué dans le fond du cylindre 2. Un autre joint 22 est placé dans la paroi extérieure du corps cylindrique 5 qui s'appuie sur le piston pilote 14. Le r8le du joint 22 est d'éviter que l'agent actif ne passe de l'espace de travail dans l'espace abritant la bil- le 8. Le conduit 6 est relié à une source de pression 23 qui pré- lève l'agent actif sur un réservoir d'alimentation 24 auquel l'ori- fice de sortie 21 est raccordé par une canalisation 25. Parallèle- ment à la soupape de compression 1 est prévu un circuit mettant en oeuvre une soupape de commande 26 et un organe de régulation 27. La soupape de pression 1 tient lieu de soupape de limi- tation de pression et, grâce à la tension du ressort 12, peut être réglée à une valeur nominale de réponse prédéterminée. La force correspondant à la pression nominale de réponse est exercée par le ressort 12 sur la bille 8 si le piston pilote 14 est en butée contre le fond du cylindre 2. La tension du ressort 12 dans cette position détermine la pression nominale de réponse. Lorsque le piston pilote 14 est dans la position indiquée à la figure 1, le ressort 12 est nettement plus compressé qu'avec la pression nominale de réponse. Une force de pression est donc trans- mise par la bille 8 au siège de soupape 7, ladite force étant nette- ment supérieure à la pression nominale de réponse. - En raison de la tension du ressort 16, le piston pilote 14 est maintenu dans la position représentée à la figure 1 si la pression appliquée c8té admission de la soupape à bille 1, c'est-à- dire dans le conduit 6, est tombée en dessous d'une limite ajusta- ble. Cette limite est déterminée par la tension du ressort 16. On a constaté qu'il était avantageux que le ressort 16 exer- ce sur le piston pilote 14 une force correspondant à 95 Z de la pres- sion nominale de réponse. Le piston pilote 14 reste en position de repos tant que la pression à l'intérieur du conduit 6 n'a pas atteint la tension due au ressort 16. Dès que cette force dépasse cette valeur de seuil, le piston 14 se déplace en direction du fond du cylindre 2. Lorsque la pression augmente à l'intérieur du conduit 6, le pis- ton 14, soumis à l'action de l'agent actif sur le rebord 15, tend de plus en plus à quitter sa position extrême initiale représentée à la figure 1 et à venir au contact du fond du cylindre 2. Lorsque le piston pilote 14 est dans cette seconde position extrême, une force correspondant à la pression nominale de réponse est appliquée à la bille. La pression exercée sur la bille 8 corres- pond alors à la force antagoniste provenant de la pression de l'agent actif. Lorsque la pression augmente très légèrement, la bille 8 ou- vre le conduit 6 et l'agent actif reflue vers le réservoir d'alimen- tation 24 en passant par les orifices 13, 21 et la canalisation 25, évitant ainsi toute élévation supplémentaire de pression dans le cir- cuit hydraulique. Si, comme cela peut arriver lorsque l'organe de régulation 27 est actionné, la pression à l'intérieur du conduit 6 tombe en des- sous de 95 % de la pression nominale de réponse, la force de pression sur le siège de soupape 7 subit une plus forte élévation. Sous l'ef- fet d'une force de pression aussi importante, les éventuelles impu- retés sont chassées du siège de soupape ou tout simplement à travers celui-ci, nettoyant au passage les surfaces d'étanchéité. L'action d'étanchéité de la soupape à bille 1 est donc maintenue, même si l'agent actif renferme des impuretés. La figure 2 représente la course 28 du piston pilote 14 en fonc- tion de la pression à l'intérieur du conduit 6. La course figure en ordonnée et la pression en abscisse. La figure 2 illustre également la force de pression 29 de la bille 8 exercée par le ressort 12 en fonc- tion de la pression à l'intérieur du conduit 6. La force 30 exercée par la pression est également représentée en fonction de la pression à l'intérieur du conduit 6. Au point d'intersection des courbes 29 et , la force résultante appliquée à la bille 8 est égale à zéro dans la mesure o les forces 29 et 30 sont égales et o elles sont de di- rectionsopposées. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent;tre envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Soupape de pression comportant un élément de fermetu- re soumis à une tension et conçu pour être appuyé contre un siège de soupape, caractérisée en ce que, lorsque la pression appliquée cô- té admission de la soupape de pression (1) est nettement inférieu- re à la pression nominale de réponse, l'élément de fermeture (8) est amené au contact du siège de soupape (7) par une force nettement su- périeure à la tension correspondant à la pression nominale de ré- ponse, et en ce que, lorsque la pression nominale de réponse est ap- pliquée c8té admission de la soupape de compression (1), une force adaptée à la pression nominale de réponse est appliquée à l'élément de fermeture (8). 2. Soupape de pression conforme à la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la tension d'un ressort est appliquée à l'élé- ment de fermeture (8) par un poussoir (9) et en ce que l'extrémité du ressort (12) opposée à l'élément de fermeture (8) se déplace, en fonction de la pression exercée côté admission de la soupape de com- pression (1), entre une première position extreme pour laquelle la force imposée à l'élément de fermeture (8) est à son maximum et une seconde position extrême pour laquelle la force exercée par le res- sort (12) sur l'élément de fermeture (8) est égale à la force engendrée par la pression nominale de réponse. 3. Soupape de pression conforme aux revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité du ressort (12) opposée à l'é- lément de fermeture (8) est en butée contre un piston pilote (14) à la surface de travail duquel l'agent actif est appliqué sous la pres- sion régnant côté admission de la soupape de pression (1), ledit piston étant soumis à la tension d'un ressort qui excède la force exercée par le ressort (12) sur l'élément de fermeture (8) dans le cas de la pression nominale de réponse. 4. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le piston pilote (14) creux et cylindrique, monté à coulissement dans un cylindre (2) comprend le siège de soupape (7), l'élément de fermeture (8), le poussoir (9) et le ressort (12) entourant le poussoir (9), et en ce qu'au fond du piston pilote (14) sont pratiquées des lumières (13) assurant le pas- sage de l'agent actif qui peut 8tre évacué par une cavité (20) non soumise à la pression de l'agent actif et par un orifice de sortie (21) du cylindre (2) 5. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'espace de travail réser- vé à l'agent actif est réalisé entre un rebord annulaire (15) du pis- ton pilote (14), la paroi intérieure du cylindre (2) et un couvercle (4) fermant le cylindre dans sa partie avant (2), ledit couvercle (4) étant traversé par un conduit d'admission axial (6) pratiqué dans un corps cylindrique (5) tenant lieu de guidage interne pour le piston pilote (14) et comprenant des conduits (18) mettant en communication le conduit interne (6) et l'espace de travail. 6. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la tension appliquée au piston pilote (14) par le ressort (16) est calculée pour que le dé- placement du piston pilote (14) commence à environ 95 % de la pres- sion nominale de réponse. 7. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle est implantée parallè- lement à une soupape de commande (26) et à un mécanisme d'actionne- ment (27) placés sur le circuit de freinage d'un véhicule automobile. 8. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que la soupape de compression est une soupape à siège. 9. Soupape de pression conforme à l'une des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que l'élément de fermeture est une bille (8), un c8ne ou un plateau de soupape.