Brevet FR2690714A1 — publié le 19931105

Vanne de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. On utilise depuis longtemps des systèmes de traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs à combustion interne, à essence et diesel, en vue de réduire l'émission de gaz polluants, tels que les oxydes d'azote NOx Parmi les différents systèmes utilisés, figurent les vannes de recyclage qui réinjectent une partie des gaz d'échappement dans le collecteur d'admission du moteur. La présente invention a pour objet une vanne de recyclage de type sonique dans laquelle l'écoulement des gaz à travers la soupape de la vanne se fait à vitesse voisine de celle du son. La vanne selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend - un corps de vanne tubulaire pourvu d'un alésage conique de demi-angle au sommet compris entre 5 et 100, et de préférence égal à 70, ledit corps s 'évasant dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement et se terminant à son extrémité d'entrée par un siège d'appui annulaire qui définit un orifice axial à travers lequel les gaz d'échappement pénètrent dans la vanne, et - une soupape en forme d'aiguille comprenant une tige épaisse se prolongeant par une tige fine, lesdites tiges se raccordant entre elles par une portion de raccordement, la tige épaisse étant reçue dans l'alésage conique tandis que la tige fine traverse ledit orifice avec un faible jeu et que ladite portion de raccordement est susceptible de prendre appui sur ledit siège. La soupape est fixée au centre d'une membrane dont le bord est serré de façon étanche entre des bords sertis de deux capsules creuses. Par application d'une dépression dans la chambre de la capsule supérieure, on provoque les déplacements de la membrane vers une position par laquelle la soupape se décolle de son siège. Les gaz d'échappement peuvent alors pénétrer dans la vanne à travers l'orifice du siège. Par application d'une dépression dans la capsule inférieure, on provoque le déplacement accéléré de la membrane, vers une position par laquelle la soupape se colle sur son siège. La vanne peut également être commandée par tout autre moyen approprié, par exemple un électroaimant ou par un moteur pas à pas. La vanne selon l'invention présente l'avantage d'avoir un débit indépendant de la perte de charge qui s'établit entre l'amont et l'aval de la soupape. De plus, le débit à vitesse élevée, voisine de la vitesse du son, favorise un effet d'auto-nettoyage de l'ensemble et diminue fortement l'encrassement des éléments en contact avec les gaz. Cet auto-nettoyage augmente donc la longévité et la fiabilité de la vanne. Un autre avantage de la vanne selon l'invention réside dans le fait que le profil de la soupape dans la zone de raccordement entre les deux tiges et le voisinage de cette zone et/ou celui du siège peuvent être ajustés point par point afin d'obtenir une courbe de débit en fonction du déplacement du corps de soupape, qui soit modulable à souhait sur toute la course de la soupape. On peut ainsi obtenir une courbe caractéristique débit/déplacement, linéaire et progressive sur toute la plage des déplacements du corps de soupape. Ceci constitue un avantage important par rapport aux vannes classiques qui présentent un débit important dès le moindre déplacement du corps de soupape. L'invention sera décrite à présent, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel La figure i est une vue en coupe d'une vanne de recyclage selon un premier mode de réalisation de l'invention, actionnée par un dispositif à membrane de dépression La figure 2 est une vue en coupe montrant uniquement le siège et la soupape d'une vanne selon un second mode de réalisation, et La figure 3 montre des courbes caractéristiques du débit en fonction du déplacement pour une vanne classique, pour une vanne linéaire, et pour des vannes à profil ajusté. Avec référence aux figures 1 et 2, la vanne 10 comprend un corps métallique tubulaire 12, présentant un alésage conique femelle 14 qui s'évase depuis son extrémité d'entrée 16 à son extrémité de sortie 18. Le demi-angle au sommet de l'alésage est compris entre 5 et 100, et est égal de préférence à 70. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'extrémité d'entrée 16 présente une forme torique faisant saillie vers l'intérieur et qui définit dans sa section la plus faible un orifice 20 pour l'entrée des gaz d'échappement. La partie supérieure 22 de ladite paroi torique constitue un siège pour une soupape que l'on va décrire à présent. La soupape 24 est en forme d'aiguille et comprend une tige cylindrique relativement épaisse 26 qui se prolonge par une tige cylindrique fine 28. Celle-ci se termine par une extrémité semi-sphérique 30. La portion de raccordement 32 située entre lesdites tiges est en forme de portion de sphère et est susceptible de venir s 'appuyer sur le siège 22, obturant ainsi le passage du gaz (figure 1). La tige épaisse 26 est reçue concentriquement dans le passage conique 14, et la tige fine 28 traverse l'orifice 20 avec un jeu suffisant pour éviter le coincement de la soupape aux différentes températures. Comme le montre la figure 1, le corps 12 est fixé sur un socle creux 34. Celui-ci présente un orifice dans lequel est monté un manchon de guidage 36 coaxial avec le siège de soupape. Un axe 38 est monté coulissant dans le manchon. A l'extrémité inférieure de cet axe est fixée la soupape 24. Les gaz d'échappement qui ont traversé la vanne sont recyclés vers l'admission du moteur par des orifices 39 percés dans la base du socle. Sur le socle est sertie un dispositif à membrane 40 formé de deux capsules creuses 42, 44 assemblées de façon étanche au moyen d'un anneau de sertissage 46. Entre les bords en contact desdites capsules est pincé le bord d'une membrane 48 déformable élastiquement et isolé thermiquement par deux joints. La partie centrale de la membrane est serrée entre deux coupelles rigides 50, 52 et isolée thermiquement par deux joints. L'extrémité supérieure de l'axe 38 est rendue solidaire de l'ensemble de la membrane et de coupelles. Ledit ensemble est sollicité par un ressort hélicoïdal 54 vers la position basse d'équilibre, illustrée à la partie droite de la figure 1, pour laquelle la soupape 24 est fermee. Les capsules 42 et 44 sont munies respectivement de prises 56, 58, qui permettent de mettre en communication la cavité supérieure 60 avec une source de dépression non représentée, et la cavité inférieure 62 soit avec l'atmosphère, soit avec une source de dépression, soit avec l'admission au moteur. Dans le second cas, on obtient une fermeture impérative de la soupape pour certaines plages spéciales du fonctionnement moteur et on améliore le temps de réponse de la vanne à la fermeture. Dans le troisième cas, les fuites de gaz d'échappement migrant entre l'axe 38 et le manchon 36 sont systématiquement recyclées. Ce système améliore l'efficacité de la vanne au regard des normes d'antipollution. De plus, la cavité inférieure 62 peut être munie d'une arrivée et d'une sortie, non représentées, afin d'y faire circuler un liquide de refroidissement destiné à abaisser la température de la vanne en évacuant les calories apportées par les gaz d'échappement. Conformément à l'invention, on peut obtenir des courbes débit/déplacement modulables à volonté, en ajustant point par point le profil du siège de soupape et/ou de la soupape. La figure 2 illustre un profil différent de siège de soupape. Ici, la paroi conique 14 se termine à son extrémité inférieure par une surface sphérique 64, laquelle se prolonge par un alésage cylindrique 66. On a représenté sur la figure 3 plusieurs courbes de débit en fonction du déplacement. La courbe A correspond à une vanne classique, la courbe B à la vanne linéaire de la figure 1, et les courbes C et D respectivement aux vannes modulables à profil ajusté de la figure 2. REVENDICATIONS 1.- Vanne de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle comprend - un corps de vanne tubulaire (12) pourvu d'un alésage conique (14) de demi-angle au sommet compris entre 5 et 100, et de préférence égal à 70, ledit corps s'évasant dans le sens de l'écoulement des gaz d'échappement et se terminant à son extrémité d'entrée par un siège d'appui annulaire (22, 64) qui définit un orifice axial (20) à travers lequel les gaz d'échappement pénètrent dans la vanne, et - une soupape (24) en forme d'aiguille comprenant une tige épaisse (26) se prolongeant par une tige fine (28), lesdites tiges se raccordant entre elles par une portion de raccordement (32), la tige épaisse étant reçue dans l'alésage conique (14) tandis que la tige fine traverse ledit orifice (20) avec un faible jeu et que ladite portion de raccordement (32) est susceptible de prendre appui sur ledit siège. 2.- Vanne de recyclage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profil de la soupape dans la zone de raccordement (32) entre les deux tiges et le voisinage de cette zone et/ou celui du siège (22) peuvent être ajustés point par point afin d'obtenir une courbe de débit en fonction du déplacement de la soupape, qui soit modulable à souhait sur toute la course de la soupape. 3.- Vanne de recyclage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le siège (22) a une forme torique. 4.- Vanne de recyclage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la courbe caractéristique du débit en fonction du déplacement est linéaire et progressive. 5.- Vanne de recyclage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (24) est actionnée par les déplacements d'une membrane déformable élastiquement (48) soumise à une dépression, le bord de ladite membrane étant serré de façon étanche entre des bords sertis de deux capsules creuses (42, 44), et en ce que la soupape (24) traverse avec étanchéité la paroi de l'une des capsules (44) et est fixée au centre de la membrane (48). 6.- Vanne de recyclage selon la revendication 5, caractérisée en ce que la chambre intérieure (60) de l'une des capsules est reliée à une source de dépression, tandis que la chambre (62) de l'autre capsule est reliée soit à l'atmosphère, soit avec une source de dépression de façon à obtenir une fermeture impérative de la soupape pour certaines plages spéciales du fonctionnement moteur, et à améliorer le temps de réponse de la vanne à la fermeture, soit à l'admission du moteur de sorte que les fuites de gaz d'échappement à la sortie de la vanne sont recyclées vers l'admission du moteur. 7.- Vanne de recyclage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la capsule (44) qui est traversée par la soupape (24) est munie d'une arrivée et d'une sortie afin de faire circuler dans ladite capsule un liquide de refroidissement destiné à abaisser la température de la vanne en évacuant les calories apportées par les gaz d'échappement.