Brevet FR2720468A1 — publié le 19951201

CLAPET A BILLE AVEC BUTEE La présente invention concerne les clapets à bille1 permettant de commander le passage d'un fluide entre un canal d'entrée de clapet et un orifice de sortie de clapet. Les clapets à bille sont généralement utilisés pour diverses applications, notamment dans les circuits de régulation de fluide, comme clapet de régulation, clapet de surpression, clapet antiretour. On les utilise également dans les gicleurs de refroidissement de piston de moteur à combustion interne, pour permettre la projection de fluide de refroidissement sur la face extérieure des pistons lorsque la pression de fluide est supérieure à une valeur prédéterminée. Les clapets à bille comportent généralement un corps de clapet muni d'un passage de fluide entre un canal d'entrée de clapet et un orifice de sortie de clapet. Une bille d'obturation est logée dans le passage de fluide. Un ressort hélicoïdal est disposé axialement dans le passage de fluide et inséré entre un épaulement solidaire du corps de clapet et la bille qu'il repousse axialement avec une force déterminée contre un siège d'obturation entourant le canal d'entrée du clapet. La bille obture ainsi le passage de fluide lorsque la différence de pression de fluide entre l'entrée et la sortie du clapet est inférieure à un seuil déterminé par la force du ressort. Lorsque l'on veut utiliser un tel clapet à bille dans un circuit de régulation de fluide ou dans un circuit de refroidissement de piston de moteur à combustion interne, on constate fréquemment un vieillissement prématuré des ressorts hélicoidaux repoussant les billes d'obturation. Egalement, lorsqu'un tel clapet à bille est utilisé dans un circuit de refroidissement de piston de moteur à combustion interne, on constate le plus souvent l'apparition de phénomènes transitoires, provoquant une régulation saccadée et non continue du fluide. On doit alors utiliser des clapets de structure plus complexe, et dont le coût de fabrication est nettement plus élevé. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de clapet à bille, dans laquelle des moyens empêchent le vieillissement prématuré des ressorts hélicoidaux repoussant les billes d'obturation, et qui assure une régulation continue et non saccadée du fluide. Un autre objet de l'invention est de concevoir une telle structure de clapet à bille présentant une dispersion moindre des caractéristiques d'obturation, tout en ayant une structure simple, peu onéreuse, et présentant un fonctionnement totalement fiable, évitant tout risque de surpression et d'obturation intempestive du clapet. L'invention résulte de l'observation selon laquelle, dans les clapets à bille connus, la bille repousse le ressort hélicoidal sous l'action de la pression du fluide, sans que cette poussée soit limitée autrement que par le ressort lui-même. Ainsi, la bille peut comprimer le ressort jusqu'à ce que les spires du ressort deviennent jointives, notamment dans le cas de pression d'entrée de fluide très élevée et de débit important. Dans certains cas, la bille et le ressort empêchent alors le passage du fluide, induisant une surpression dans le clapet qui se ferme complètement, au lieu de s'ouvrir. Egalement, la course axiale de la bille, entre la position d'obturation et la position d'ouverture totale, est relativement importante, de sorte qu'un délai non négligeable peut s'écouler entre l'ouverture totale du clapet et sa fermeture, favorisant des oscillations du circuit de fluide à contrôler. Ainsi, pour résoudre ce problème ainsi que d'autres, un clapet à bille selon l'invention comprend, de façon connue, un corps de clapet muni d'un passage de fluide entre un canal d'entrée de clapet et un orifice de sortie de clapet, avec une bille d'obturation logée dans le passage de fluide, et avec un ressort hélicoidal disposé axialement dans le passage de fluide et inséré entre un épaulement solidaire du corps de clapet et la bille d'obturation qu'il repousse axialement avec une force déterminée contre un siège d'obturation entourant le canal d'entrée du clapet, pour obturer le passage de fluide lorsque la différence de pression de fluide entre l'entrée et la sortie du clapet est inférieure à un seuil déterminé par la force du ressort.En outre, selon l'invention, une butée limite la course axiale de la bille d'obturation à l'écart dudit siège d'obturation, de telle sorte que la course axiale de la bille d'obturation entre la position d'obturation et la position d'ouverture totale est réduite, et, dans la position d'ouverture totale de la bille d'obturation à l'écart dudit siège d'obturation, le ressort hélicoïdal est incomplètement comprimé, ses spires restant disjointes. Selon un mode de réalisation préféré, la butée est une tige axiale logée à l'intérieur du ressort hélicoidal, qui assure simultanément une fonction de guidage du ressort. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 illustre, en coupe longitudinale, une structure de clapet à bille selon l'invention dans un premier mode de réalisation, en position d'obturation - la figure 2 est une vue en bout d'une butée de clapet selon l'invention, dans un second mode de réalisation - la figure 3 est une coupe longitudinale de la butée de clapet de la figure 2 - la figure 4 est une vue en bout d'une butée de clapet selon l'invention dans un troisième mode de réalisation ; et - la figure 5 est une coupe longitudinale de la butée de clapet de la figure 4. Comme illustré sur la figure 1, un clapet à bille selon l'invention comprend un corps de clapet 1 muni d'un passage de fluide 2 entre un canal axial d'entrée de clapet 3 et un orifice de sortie de clapet 4. Le passage de fluide 2 comprend un alésage axial 5 dans lequel est logée une bille d'obturation 6 et un ressort hélicoidal 7. Le ressort hélicoidal 7 est disposé axialement dans l'alésage axial 5 du passage de fluide 2, et inséré entre un épaulement 8 solidaire du corps de clapet 1 et la bille d'obturation 6 qu'il repousse axialement avec une force déterminée contre un siège d'obturation 9 entourant le canal d'entrée de clapet 3. Une butée 10 limite la course axiale de la bille d'obturation 6 à l'écart dudit siège d'obturation 9, permettant à la bille d'obturation 6 de s'écarter du siège d'obturation 9 selon une course axiale réduite et limitée. Dans la position d'ouverture totale de la bille d'obturation 6, lorsque celle-ci vient en appui contre la butée 10, le ressort hélicoidal 7 est incomplètement comprimé, ses spires restant disjointes. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la butée 10 est formée par l'extrémité d'une tige axiale 11 de butée logée à l'intérieur du ressort hélicoidal 7. La tige axiale 11 de butée assure simultanément une fonction de guidage du ressort hélicoidal 7. Dans ce même mode de réalisation, le passage de fluide 2 comprend l'alésage axial 5 contenant le ressort 7, la butée 10 et la bille d'obturation 6. L'alésage axial 5 est raccordé axialement par le siège d'obturation 9 au canal d'entrée de clapet 3, et est raccordé à un canal de sortie 12 conduisant à l'orifice de sortie 4. Le canal de sortie 12 est orienté transversalement, et se raccorde à l'alésage axial 5 en une zone intermédiaire dudit alésage axial. La butée 10 et sa tige 11 de butée sont formées d'une pièce rapportée 13 formant bouchon obturant hermétiquement l'extrémité de l'alésage axial 5 opposée au siège d'obturation 9. Cette même pièce rapportée 13 forme l'épaulement 8 contre lequel le ressort hélicoidal 7 vient en appui. Selon un second mode de réalisation, le canal de sortie 112 peut être orienté axialement, dans le prolongement de l'alésage axial 5, en se raccordant audit alésage axial 5 à l'opposé du siège d'obturation 9. Dans ce cas, la butée 10 et sa tige 11 de butée sont également formées d'une pièce rapportée 13 dans l'alésage axial 5 et venant en appui sur un épaulement intermédiaire 14 entre ledit alésage axial 5 et le canal de sortie 112. La pièce rapportée 13 est tenue en appui contre l'épaulement intermédiaire 14 par un moyen d'assemblage non représenté. Dans ce mode de réalisation, la tige de butée 11 peut être selon l'une des variantes représentée sur les figures 2 et 3 ou sur les figures 4 et 5. Dans la variante représentée sur les figures 2 et 3, la tige 11 de butée comporte un perçage axial 15 traversant de passage de fluide, débouchant à une extrémité 16 dans le canal de sortie 112, et terminé à l'extrémité de butée 17 par un fraisage 18 autorisant le passage latéral de fluide. Dans la variante illustrée sur les figures 4 et 5, la tige 11 de butée comporte un perçage axial 15 traversant de passage de fluide, débouchant à une extrémité 16 dans le canal de sortie 112, et raccordé à l'autre extrémité 17 à au moins un perçage transversal 19 débouchant dans l'alésage axial 5 du corps 1 et autorisant le passage latéral de fluide. Un tel clapet selon les modes de réalisation précédemment décrits peut avantageusement être incorporé dans un gicleur de circuit de refroidissement de moteur à combustion interne, entre un conduit d'amenée de fluide de refroidissement et un conduit de sortie et de projection de fluide de refroidissement. Lorsque le fluide à contrôler présente une pression d'entrée, dans le canal d'entrée 3, excédant la pression de sortie selon une valeur supérieure à un seuil prédéterminé, le fluide repousse la bille d'obturation 6 à l'écart du siège d'obturation 9, et peut alors traverser le clapet par le passage de fluide 2 jusqu'à l'orifice de sortie 4, la bille 6 comprimant le ressort 7. Lorsque la pression d'entrée de fluide est très forte, la bille d'obturation 6 est repoussée plus loin à l'écart du siège d'obturation 9, jusqu'à venir en appui contre la butée 10 qui limite sa course. Pendant sa compression, le ressort 7 reste guidé par la tige de butée 11, et ses spires restent en permanence disjointes. On augmente ainsi la durée de vie du ressort. On constate que la régulation du fluide dans le clapet selon l'invention est améliorée, car on réduit les mouvements de va-et-vient de la bille qui provoquent une régulation saccadée et non continue. Egalement, la bille empêche une compression excessive du ressort 7, compression qui tendrait à empêcher le passage de fluide et à provoquer une surpression dans le clapet. Le débit de fluide dans le clapet selon l'invention peut ainsi évoluer proportionnellement à la pression d'entrée, même à des pressions très élevées. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. RGVENDICATIONS 1 - Clapet à bille comprenant un corps de clapet (1) muni d'un passage de fluide (2) entre un canal d'entrée de clapet (3) et un orifice de sortie de clapet (4), avec une bille d'obturation (6) logée dans le passage de fluide (2) et avec un ressort hélicoidal (7) disposé axialement dans le passage de fluide (2) et inséré entre un épaulement (8) solidaire du corps de clapet (1) et la bille d'obturation (6) qu'il repousse axialement avec une force déterminée contre un siège d'obturation (9) entourant le canal d'entrée de clapet (3), pour obturer le passage de fluide lorsque la différence de pression de fluide entre l'entrée (3) et la sortie (4) du clapet est inférieure à un seuil déterminé par la force du ressort (7), caractérisé en ce qu'une butée (10) limite la course axiale de la bille d'obturation (6) à l'écart dudit siège d'obturation (9), de telle sorte que la course axiale de la bille d'obturation (6) entre la position d'obturation et la position d'ouverture totale est réduite, et, dans la position d'ouverture totale de la bille d'obturation (6) à l'écart dudit siège d'obturation (9), le ressort hélicoidal (7) est incomplètement comprimé, ses spires restant disjointes. 2 - Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée (10) est formée par l'extrémité d'une tige axiale (11) de butée logée à l'intérieur du ressort hélicoidal (7), qui assure simultanément une fonction de guidage du ressort (7). 3 - Clapet selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage de fluide (2) comprend un alésage axial (5) contenant le ressort (7), la butée (10) et la bille d'obturation (6), raccordé axialement par le siège d'obturation (9) au canal d'entrée de clapet (3), et raccordé à un canal de sortie (12, 112) conduisant à l'orifice de sortie (4). 4 - Clapet selon la revendication 3, caractérisé en ce que : - le canal de sortie (12) est orienté transversalement et se raccorde à l'alésage axial (5) en une zone intermédiaire dudit alésage, - la butée (10) et sa tige (11) de butée sont constituées d'une pièce rapportée (13) formant bouchon obturant hermétiquement l'extrémité de l'alésage axial (5) opposée audit siège d'obturation (9). 5 - Clapet selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal de sortie (112) est orienté axialement et se raccorde à l'alésage axial (5) à l'opposé dudit siège d'obturation (9). 6 - Clapet selon la revendication 5, caractérisé en ce que la butée (10) et sa tige (11) de butée sont formées d'une pièce (13) rapportée dans l'alésage axial (5) et venant en appui sur un épaulement intermédiaire (14) entre ledit alésage axial (5) et le canal de sortie (112). 7 - Clapet selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la tige (11) de butée comporte un perçage axial (15) traversant de passage de fluide, débouchant à une extrémité (16) dans le canal de sortie (112), et terminé à l'extrémité de butée (17) par un fraisage (18) autorisant le passage latéral de fluide. 8 - Clapet selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la tige (11) de butée comporte un perçage axial (15) traversant de passage de fluide, débouchant à une extrémité (16) dans le canal de sortie (112), et raccordé à l'autre extrémité (17) à au moins un perçage transversal (19) débouchant dans l'alésage axial (5) du corps (1) et autorisant le passage latéral de fluide. 9 - Clapet selon lune quelconque des revendications 1 à 8, incorporé dans un gicleur de circuit de refroidissement de moteur à combustion interne entre un conduit d'amenée de fluide de refroidissement et un conduit de sortie et de projection de fluide de refroidissement.