Brevet FR2793282A1 — publié le 20001110

Etat de la technique: L'invention concerne une soupape de gaz d'échappement de moteurs à combustion interne comprenant une tige de soupape, un plateau de soupape porté par la tige de soupape et coopérant avec un siège de soupape, ainsi qu'un soufflet prévu sur un côté du plateau de soupape et dont l'extrémité non située du côté du plateau est installée de manière fixe et fermée, cette soupape étant notamment prévue pour la réinjection des gaz d'échappement. On connaît une telle soupape de gaz d'échappement selon le document DE- 43 34 370 Cl. La soupape de gaz d'échappement connue comprend une tige de soupape portant un plateau qui coopère avec un siège dans la soupape de gaz d'échappement. Le plateau peut faire corps avec la tige ou être relié à celle-ci par des rivets. Pour protéger le guidage de la soupape vis-à-vis des gaz d'échappement et éviter que les gaz d'échappement ne puissent s'échapper par le moyen de guidage de la soupape, la soupape de gaz d'échappement connue comporte un soufflet mé- tallique ondulé dont une extrémité est appliquée de manière étanche contre le plateau de la soupape et dont l'autre ex- trémité est fixée à un boîtier de soupape pour être fermée par ce boîtier. Le soufflet métallique entoure la tige de la soupape et protège le guidage de la soupape vis-à-vis des gaz d'échappement. Du fait du soufflet métallique monté sur le pla- teau de la soupape, trois pressions agissent sur ce plateau à savoir une pression venant du côté aval de la soupape des gaz d'échappement, qui sollicite le plateau dans le sens de son ouverture, une pression indéfinie régnant à l'intérieur du soufflet métallique et sollicitant le plateau dans le sens de la fermeture de la soupape et enfin une pression du côté amont de la soupape qui est supérieure à celle du côté aval et qui sollicite le plateau sur la surface annulaire à l'extérieur du soufflet métallique dans le sens de la ferme- ture de la soupape. Comme la pression du côté amont et celle du côté aval par rapport à la soupape des gaz d'échappement varient en permanence et que la pression à l'intérieur du soufflet métallique n'est pas définie, le plateau de soupape est soumis à des pressions donnant une force d'amplitude in- connue et de sens inconnu. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer une soupape de gaz d'échappement du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la soupape de gaz d'échappement comporte une liaison de fluide faisant communiquer le volume intérieur du soufflet avec le côté du plateau de soupape non tourné vers le souf- flet. Ainsi, la soupape de gaz d'échappement selon l'invention comporte également un soufflet mais celui-ci est prévu sur un côté du plateau de soupape. Le volume intérieur du soufflet communique par une liaison à fluide avec l'autre côté du plateau non muni d'un soufflet, si bien que sur le plan statique, les deux faces du plateau de soupape sont sou- mises à la même pression. Les pressions sollicitant les deux faces du plateau se compensent ainsi au moins en principe, de sorte que le plateau de soupape n'est soumis à aucune force ou en tous les cas à seulement une force résultante faible. Cela présente l'avantage de diminuer la force d'ouverture et/ou de fermeture de la soupape. Un autre avantage est d'éviter qu'une force résultante d'amplitude et de direction indéfinie n'agisse sur le plateau de soupape ou du moins cela évite une telle force dans une très large mesure. Cela sim- plifie l'ouverture et la fermeture de la soupape et permet une réduction de la force d'ouverture et/ou de fermeture. De plus, on évite l'influence des variations de pression et des pulsations de pression du côté amont et/ou du côté aval qui pourrait agir sur la soupape. La mise en communication du volume intérieur du soufflet avec le côté du plateau opposé à celui du soufflet peut se faire par exemple grâce à une tige de soupape creuse le cas échéant par une conduite reliant le côté amont ou le côté aval de la soupape avec le soufflet. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le plateau comporte au moins un orifice d'équilibrage qui débou- che dans le volume intérieur du soufflet et constitue le moyen de communication de fluide. Ainsi la liaison ou mise en communication se fait par au moins un orifice d'équilibrage prévu dans le plateau. On réalise ainsi d'une manière très simple la liaison de com- munication entre le volume intérieur du soufflet et le côté du plateau du soufflet non tourné vers le soufflet. Suivant une autre caractéristique avantageuse: - la tige de soupape se trouve du côté aval de la soupape de gaz d'échappement, - le soufflet est un soufflet à membrane. - le soufflet se trouve du côté amont de la soupape des gaz d'échappement, - le plateau de soupape est monté de manière pivotante sur la tige de soupape, - le soufflet forme le ressort d'obturation de la soupape de gaz d'échappement. Ainsi, le soufflet est un soufflet à membrane et non pas un soufflet métallique à ondulations comme celui pré- vu dans le document cité au titre de l'art antérieur. Le soufflet à membrane est en forme d'harmonica; sa périphérie présente en coupe, une forme de zigzag. Le soufflet à mem- brane est par exemple composé de disques à perforation (mem- branes) distincts, tronconiques ou de forme analogue, et qui sont orientés alternativement dans le sens opposé et se re- joignent en alternance au niveau de leurs bords extérieurs et de leurs bords intérieurs, par une liaison par une soudure étanche aux gaz. Le soufflet en forme de membrane a l'avantage d'être plus souple dans la direction axiale et de permettre une plus grande course d'ouverture et que la force nécessaire à sa déformation axiale est inférieure à celle d'un soufflet métallique ondulé. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisa- tion représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre une coupe axiale d'une soupape à gaz d'échappement selon l'invention, - la figure 2 montre une variante de réalisation de la sou- pape de gaz d'échappement représentée à la figure 1. Description des exemples de réalisation: La soupape de gaz d'échappement 10 selon l'invention représentée à la figure 2 est destinée à comman- der un débit volumique de gaz d'échappement d'un système de réinjection de gaz d'échappement d'un moteur à combustion in- terne (moteur à essence, moteur Diesel). La soupape de gaz d'échappement 10 est logée dans un ajutage de raccordement de gaz d'échappement 12 fixé par bride radialement sur la tubu- lure d'alimentation 14 du moteur à combustion interne. Sur l'ajutage de raccordement de gaz d'échappement 12, on peut raccorder par exemple une conduite de dérivation reliée à un coude d'échappement ou plus généralement au système d'échappement du moteur à combustion interne. L'alimentation vers la soupape de gaz d'échappement 10 se fait ainsi à tra- vers 1'ajutage de branchement de gaz d'échappement 12, c'est- à-dire par le bas selon l'orientation du dessin. La sortie des gaz se fait dans la tubulure d'admission 14. La tubulure d'admission 14 conduit par exemple d'un filtre à air à une injection de carburant ou vers les cylindres des moteurs à combustion interne. La soupape de gaz d'échappement 10 comprend un plateau de soupape 16 fixé à une extrémité d'une tige de sou- pape 18. Le plateau 16 est en forme de disque circulaire; il comporte une collerette annulaire 20, concentrique qui est en saillie par rapport à l'une de ses faces. De plus, le plateau 16 est muni de perçages répartis sur un cercle concentrique; ces perçages constituent des orifices d'équilibrage 22 du plateau de soupape 16. Pour son montage à l'extrémité de la tige de soupape 18, le plateau 16 est muni d'un orifice cen- tral 24 que traverse la tige de soupape 18 pour s'élargir de manière conique sur le côté du plateau 16 opposé à celui de la tige de soupape 18. Le plateau de soupape 16 est monté de manière pi- votante sur la tige de soupape 18. La fixation du plateau 16 est assurée par l'intermédiaire d'un anneau 26 monté sur l'extrémité de la tige de soupape 18 traversant le plateau 16 ainsi que par un rivet à l'extrémité de la tige 18. Le rivet ou rivetage signifie que l'extrémité de la tige de soupape 18 est mise sous la forme d'une tête de rivet 28 faisant corps avec la tige de soupape 18. Une face frontale de l'anneau 26 non tournée vers la tête de rivet 28 est bombée et avec sa face frontale bombée, l'anneau 26 s'applique contre l'extension conique de l'orifice central 24 du plateau de soupape 16 et maintient celui-ci de manière pivotante sur la tige de soupape 18. Le plateau 16 est pressé classiquement contre l'anneau 26. Pour cela, un élément de ressort 30 est monté sur la tige de soupape 18, sur le côté du plateau 16 opposé à celui de l'anneau 26; cet élément de ressort s'appuie contre un gradin annulaire de la tige de soupape 18. L'élément à ressort 30 est par exemple un ressort Belleville ou un res- sort formé d'une étoile à languettes. On peut également uti- liser un ressort hélicoïdal de compression comme élément à ressort 30. L'élément à ressort 30 pousse le plateau 16 con- tre l'anneau 26 et évite que le plateau 16 ne se soulève de l'anneau 26. L'élément à ressort 30 fixe ainsi le plateau 16 axialement sur la tige de soupape 18. De plus, l'élément à ressort 30 dirige le plateau 16 monté de manière pivotante sur la tige 18 dans un plan radial par rapport à la tige de soupape 18. La tige de soupape 18 est prévue sur le côté aval de la soupape des gaz d'échappement 10. Cette disposition présente une série d'avantages. Grâce à cette disposition du côté aval de la soupape des gaz d'échappement 10, la tige 18 n'est pas exposée aux gaz de combustion chauds, mais est ba- layée par l'air non réchauffé alimentant la chambre de com- bustion. La tige de soupape 18 n'est exposée à aucune contrainte thermique. De plus, il est prévu un guide de tige (douille 32) qui n'est sollicité ni thermiquement, ni par les gaz d'échappement du moteur à combustion interne. On évite ainsi que les résidus de combustion ne se déposent sur la tige de soupape 18. De plus, le montage de la tige de soupape 18 sur le côté aval évite que les gaz d'échappement ne sor- tent du moteur à combustion interne entre la tige de soupape 18 et son moyen de guidage 32. De plus, le montage de tige de soupape 18 du côté aval de la soupape de gaz d'échappement 10 permet d'avoir le dispositif d'actionnement 34 de la soupape sur le côté froid de la soupape 10 pour ne pas non plus être sollicité thermiquement par les gaz d'échappement du mo- teur à combustion interne. Dans l'exemple de réalisation représenté de l'invention, l'installation d'actionnement ou actionneur 34 de la soupape de gaz d'échappement 10 est un moteur électri- que notamment un moteur pas à pas qui actionne axialement la tige de soupape 18 par l'intermédiaire d'un entraînement à broche. La référence 34 appliquée à l'actionneur est repré- sentée dans le dessin sur le boîtier du moteur électrique. Dans cet exemple de réalisation, la transmission par broche est intégrée au moteur pas à pas et n'apparaît pas. L'actionneur 34 peut par exemple comporter également une boite à membrane dont la membrane agit sur la tige de soupape 18, l'intérieur de la boîte étant mis en dépression. L'actionnement de la soupape de gaz d'échappement 10 peut également être commandé par un électro-aimant. L'actionneur 34 est prévu sur le côté de la tubu- lure d'aspiration 14 à l'opposé de la soupape de gaz d'échappement 10 et la tige de soupape 18 traverse la tubu- lure d'aspiration 14. Pour guider et assurer l'étanchéité de la tige de soupape 18, un point de passage de la tige de sou- pape 18 à travers la paroi de la tubulure d'aspiration 14 est muni d'un logement 36 en forme de douille en saillie vers l'intérieur du tube; une douille est pressée dans ce manchon pour servir de moyen de guidage 32. Le logement 36 présente une extension annulaire, étagée sur le côté extérieur du moyen de guidage de soupape 32 pour recevoir un joint d'étanchéité 38. Le logement 36 est prévu du côté de la tubu- lure d'aspiration 14 opposé à celui de la soupape de gaz d'échappement 10, à savoir à l'endroit o se trouve l'actionneur 34. Un soufflet à membrane 40 est monté de manière étanche sur la collerette annulaire 20 du plateau de soupape 16. Le soufflet à membrane 40 se trouve sur le côté du pla- teau 16, à l'opposé de celui de la tige de soupape, c'est-à- dire du côté amont de la soupape de gaz d'échappement 10 qui est exposée aux gaz d'échappement du moteur à combustion in- terne. Le soufflet à membrane 40 est formé par des rondelles métalliques à trous ou des anneaux métalliques (membranes) 39, de forme tronconique, et dont l'orientation est alterna- tivement opposée; ainsi, un bord extérieur d'une rondelle est relié au bord extérieur de la rondelle suivante 39 et son bord intérieur est relié au bord intérieur de la rondelle suivante, la liaison étant faite par une soudure étanche aux gaz. On forme de cette manière un soufflet à membrane 40 dont la paroi périphérique présente en section une forme en zig- zag. Le soufflet à membrane 40 offre l'avantage d'être très souple dans la direction axiale et d'autoriser ainsi une course de réglage axiale importante (course de soupape) pour le plateau 16. De plus, il suffit d'une force axiale faible pour la déformation axiale du soufflet à membrane 40. Les deux rondelles tronconiques 39 axiales extérieures aux deux extrémités du soufflet à membrane 40 et dont le bord périphé- rique extérieur est tourné vers l'extérieur, sont reliées par une soudure à des anneaux de raccordement 41, tubulaires du soufflet à membrane 40, ces anneaux servant à la fixation des deux extrémités du soufflet à membrane 40. L'extrémité du soufflet à membrane 40 opposée au plateau 16 est montée de manière fixe dans un organe d'appui 42 qui ferme de manière étanche aux gaz cette extrémité du soufflet à membrane 40 opposée au plateau 16; cette fixation se fait par exemple par une soudure par points dans l'ajutage de branchement de gaz d'échappement 12. A l'extérieur du soufflet à membrane 40, l'organe d'appui 42 comporte des ori- fices traversants 44 pour que le gaz d'échappement du moteur à combustion interne puisse passer dans l'ajutage de branche- ment de gaz d'échappement 12 à l'extérieur du soufflet à mem- brane 40. Dans la zone centrale de l'organe d'appui 42 qui ferme l'extrémité du soufflet à membrane 40 opposée au pla- teau 16, on a une forme conique avantageuse pour l'écoulement fluidique, cette forme étant dirigée dans le sens opposé du sens de passage des gaz dans la soupape des gaz d'échappement 10. Les orifices de compensation 22 prévus dans le plateau de soupape 16 permettent la communication entre le volume intérieur du soufflet à membrane 40 et la tubulure d'aspiration 14. De cette manière des deux côtés du plateau 16, il règne chaque fois la même pression statique, de sorte que l'on évite toute force résultante qui serait appliquée sur le plateau 16 et résulterait d'une différence de pression entre les deux faces du plateau. Il suffit ainsi d'une force d'actionnement faible pour déplacer dans la direction axiale le plateau 16, pour ouvrir et fermer la soupape de gaz d'échappement 10. Comme du fait des orifices d'équilibrage 22 qu'il comporte de toute façon, le plateau de soupape 16 est perméa- ble au fluide et il n'est pas nécessaire de prévoir une étan- chéité entre la tige de soupape 18 et le plateau 16 au niveau de l'orifice central 24 du plateau 16; cela simplifie le montage pivotant du plateau de soupape 16 sur la tige de sou- pape 18. Dans la mesure o il faut un ressort obturateur pour fermer la soupape de gaz d'échappement 10, par exemple lorsqu'on actionne la soupape 10 avec une boîte à membrane ou un électro-aimant, le soufflet à membrane 40 peut constituer le ressort fermant la soupape grâce à ses propriétés élasti- ques dans la direction axiale, ce qui rend inutile tout res- sort de fermeture distinct. Le plateau 16 coopère avec un siège de soupape 46; ce dernier est réalisé sous la forme d'une nervure péri- phérique sur une partie de siège de soupape 48 et le plateau 16 s'applique sur ce siège au niveau de son bord périphérique lorsque la soupape 10 est fermée. Le siège de soupape 46 est prévu sur le côté du plateau 16 opposé au soufflet à membrane 40. La partie formant siège de soupape 48 est une pièce en tôle en forme de manchon à diamètre étagé. Pour installer la soupape de gaz d'échappement 10 sur la tubulure d'alimentation en air 14, cette tubulure 14 comporte du côté opposé de l'actionneur 34, un ajutage de raccordement 50 faisant corps avec la tubulure d'aspiration d'air 14. L'ajutage de gaz d'échappement 12 qui forme avec la partie de siège de soupape 48 le corps de la soupape de gaz d'échappement 10 selon l'invention, est monté par un sertis- sage périphérique 52 sur l'ajutage 50 de la tubulure d'aspiration 14. Une bride radiale de la partie formant siège de soupape 48 se trouve entre l'ajutage 50 de la tubulure d'aspiration 14 et l'ajutage de gaz d'échappement 12; il est fixé de cette manière avec l'ajutage de gaz d'échappement 12 sur la tubulure d'aspiration 14. Pour réaliser l'étanchéité, on interpose un joint d'étanchéité 54 entre l'ajutage 50 de la tubulure d'aspiration 14 et l'ajutage 12 des gaz d'échappement. Le montage oscillant ou pivotant du plateau de soupape 16 sur la tige de soupape 18 rend inutile tout ali- gnement précis entre la tige de soupape 18 guidée dans la tu- bulure d'alimentation en air 14 et la partie formant siège de soupape 48 fixée du côté opposé sur le tube d'alimentation en air 14, ainsi qu'un siège de soupape 46 passant exactement dans un plan radial par rapport à la tige de soupape 18. La soupape de gaz d'échappement 10 selon l'invention représentée à la figure 2 est construite comme la soupape 10 de la figure 1 et fonctionne de la même manière. Pour éviter les répétitions, on se reportera pour la figure 2 à la description donnée à propos de la figure 1. Les éléments correspondants dans les deux figures portent les mêmes réfé- rences. Contrairement à la soupape 10 de la figure 1, celle de la figure 2 n'est pas raccordée directement à la tubulure d'alimentation en air 14 mais par l'intermédiaire d'un coude 56 fixé par bride sur la tubulure 14; cette tubulure 14 se trouve à gauche de la soupape de gaz d'échappement 10 selon la figure 2 et elle est verticale, c'est-à-dire parallèle à la tige de soupape 18. En fixant par bride la soupape de gaz d'échappement 10 par l'intermédiaire d'un coude 56, on faci- lite l'installation de la soupape de gaz d'échappement 10 sur la tubulure d'alimentation en air 14, car en principe il suf- fit de réaliser un seul trou dans le tube d'alimentation en air 14. De plus, le coude 56 permet d'avoir une certaine dis- tance entre la soupape des gaz d'échappement 10 et la tubu- lure d'alimentation en air 14, ce qui peut être avantageux du point de vue de l'écoulement des fluides et du point de vue thermique et permet une disposition plus libre de la soupape de gaz d'échappement 10 dans l'espace. R E V E N D I C A T I ON S 1 ) Soupape de gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne comprenant une tige de soupape, un plateau de soupape porté par la tige de soupape et coopérant avec un siège de soupape, ainsi qu'un soufflet prévu sur un côté du plateau de soupape et dont l'extrémité non située du côté du plateau est installée de manière fixe et fermée, caractérisée en ce que la soupape de gaz d'échappement (10) comporte une liaison de fluide (22) faisant communiquer le volume intérieur du souf- flet (40) avec le côté du plateau de soupape (16) non tourné vers le soufflet (40). ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau (16) comporte au moins un orifice d'équilibrage (22) qui débouche dans le volume intérieur du soufflet (40) et constitue le moyen de communication de fluide. 3 ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige de soupape (18) se trouve du côté aval de la soupape de gaz d'échappement (10). 4 ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le soufflet (40) est un soufflet à membrane. ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le soufflet (40) se trouve du côté amont de la soupape des gaz d'échappement (10). 6 ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le plateau de soupape (16) est monté de manière pivotante sur la tige de soupape (18). ) Soupape de gaz d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le soufflet (40) forme le ressort d'obturation de la soupape de gaz d'échappement.5