Brevet FR2838801A1 — publié le 20031024

corps de cordon (3) est ensuite forme sous pression. 1 2838801 DESCRIPTION La presente invention concerne un dispositif de changement de direction pour fluides en circulation, notamment une soupape a deux voies ou d'aiguillage pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, comprenant un bo^ltier dans loquel vent realisees une entree, ainsi qu'une premiere sortie et une seconde sortie, et un organe de changement de direction ayant la forme d'un voles pivotant qui permet de fermer soit la premiere sortie, soit la deuxieme sortie, l'autre sortie (non fermee) communiquant alors chaque fois ou dans chaque cas avec ['entree. Afin de pouvo ir par exemple util i ser la chaleur de s gaz d' echapp ement de moteurs a combustion interne pour chauffer un fluide plus froid ou pour reduire les emissions des gaz d'echappement, il convient de faire passer les gaz au moins pendant un certain temps par un echangeur thermique, par un pot catalytique pour NOx, par un pot catalytique a accumulation de NOx, un filtre a particules, un absorbeur ou d'autres dispositifs speciaux. Un tel procede et un dispositif correspondent vent par exemple decrits dans le document DE 195 26 765. Conformement a cette solution technique connue, il y a dans une conduite principale et une conduite de derivation des soupapes a clapet qui tour a tour s'ouvrent et se ferment, mais touj ours l'une apres l'autre. Comme ['installation de soupapes separees dans differentes conduites necessite la mise en ceuvre de moyens importants lors de la fabrication, on connait des dispositifs de changement de direction pour des fins similaires qui vent egalement qualifies de soupapes a deux voies et qui permettent d'ouvrir une conduite et en meme temps d'en fermer une autre. Un dispositif du genre de celui decrit en introduction est par exemple revere par le document US-A-5 410 876 qui decrit un pot catalytique avec une derivation. D'apres l'une des realisations representees, un voles pivotant est prevu, qui permet de fermer soit une premiere sortie, soit une deuxieme sortie. Le voles penetre dans la zone de ['entree et est applique contre l'une de ses parois laterales dans les deux positions finales possibles. Le dispositif est tres compact et requiert par consequent une grande precision de fabrication, tent pour le voles que pour les surfaces de la paroi de ['entree contre lesquelles il vient s'appliquer. Le but de la presente invention consiste a creer un dispositif de changement de direction pour fluides en circulation, notamment une soupape a deux voies pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, du genre de celui decrit en introduction, qui 2 2838801 se caracterise par un bon fonctionnement, tout en etant de conception simple et en necessitant un minimum de moyens de fabrication. Conformement a ['invention, ce but est atteint par un dispositif de changement de direction du genre de celui cite au debut, dans lequel un rebord faisant tout le tour ou peripherique est forme chaque fois dans la zone de transition entre ['entree et la sortie (c'est-a- dire l'une des deux sorties), a l'interieur du bo^tier, rebord contre lequel vient s'appliquer le voles pour realiser l'etancheite, sachant que chaque rebord delimite un plan de mise en butee pour le voles. Le principal avantage de ce dispositif de changement de direction selon ['invention reside dans le fait que le bo^ltier peut rester a l'etat brut a l'interieur, sans que cela ne reduise l'effet d'etanchement du voles. I1 est done possible d'abaisser de maniere significative les moyens necessaires pour la fabrication, le bolAtier en une ou plusieurs parties, realisee(s) par exemple en fonte, pouvant de preference etre fabrique par coulee. Avantageusement, ['entree et les sorties vent realisees en tent que tubulures ou portions de conduits. Les plans dans lesquels le voles du dispositif selon ['invention se met en butee forment entre eux un angle compris entre 30 et 180 , de preference entre 60 et 120 . Ainsi, cette caracteristique tient compte du fait que, lors du rejet de tous les composants principaux, il faut suffisamment prendre en consideration le comportement dynamique du fluide dans son interaction avec differents elements relatifs a la construction, en raison de la grande diversite des vitesses de circulation dans le systeme d'echappement du moteur a combustion interne d'un vehicule. Par consequent, il est possible, notamment afin de reduire la chute de pression survenant dans le dispositif selon ['invention, que le boAltier avec son entree et ses deux sorties forme un Y. les tubulures des sorties etant approximativement paralleles entre elles et paralleles a l'axe de la tubulure de ['entree. Le voles peut etre avantageusement fixe sur un arbre assurant le pivotement, l'arbre etant monte par une extremite dans le boAltier, notarnment dans un renfoncement de la paroi interne du bolAtier, et sortant ou proeminent du boAltier avec son autre extremite. Pour assurer un bon fonctionnement, il est particulierement avantageux que l'arbre soit monte dans ses paliers perpendiculairement a son axe longitudinal, de maniere a ce que, lorsque le voles est applique contre les rebords faisant tout le tour, il se plaque automatiquement contre le rebord sous l'effet du passage du fluide, et assure ainsi l'etancheite. 3 2838801 Avantageusement, les sections transversales terminales de ['entree et des sorties vent rondes, et la section transversale du bo^tier dans la zone des rebords faisant tout le tour est approximativement rectangulaire et presente a peu pres la meme surface que les sections transversales de ['entree et des sorties. Selon une caracteristique additionnelle de ['invention, au moins un element de guidage du flux peut 8tre realise sur au moins une face du voles. L'invention est expliquee plus en detail ci-apres, a l'appui de deux exemples de realisation preferentiels et non limitatifs, representes sur le dessin. Les figures montrent: Fig. 1 une coupe longitudinale en perspective d'une premiere forme de realisation d'une soupape a deux voies selon ['invention; Fig. 2 une representation en perspective d'une premiere forme de realisation d'une soupape a deux voies selon ['invention dans sa globalite; Fig. 3 une representation analogue a la fig. 1 d'une seconde forme de realisation d'une soupape a deux voies selon ['invention. Dans les differentes figures du dessin, les elements identiques et correspondent les uns aux autres portent les memes references et ne vent done generalement decrits qu'une seule foist Comme le montrent tout d'abord les fig. 1 et 2, un dispositif de changement de direction pour fluides selon ['invention, notamment une soupape a deux voies pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, presente un bo^1tier 1 dans loquel vent realisees une entree 2 ainsi qu'une premiere sortie 3 et une seconde sortie 4. De plus, la soupape a deux voies presente un dispositif de changement de direction ayant la forme d'un voles pivotant 5 qui permet de fermer au choix la premiere sortie 3 ou la seconde sortie 4, l'autre sortie 4, 3 communiquant alors chaque fois avec ltentree. L'entree 2 et les sorties 3, 4 vent realisees en tent que tubulures 2a, 3a, 4a. Dans la zone de transition entre ['entree et chacune des sorties, a l'interieur du bol^tier 1, est menage un rebord 6 saillant semblable a une nervure qui fait tout le tour, contre loquel le voles 5 est applique pour realiser l'etancheite. Chacun de ces rebords definit un plan de mise en butee pour le voles 5. Ces plans de butee du voles 5 peuvent former entre eux un angle,u compris entre 30 et 180 , de preference entre 60 et 120 . L'angle,u represente sur la fig. 1 presente environ 75 . Le voles 5 est fixe sur un arbre 7 assurant le pivotement. L'arbre 7 est monte par une extremite dans le bo^1tier 1, notamment dans un renfoncement de la paroi interne la du bo^ltier 1 (fig. 1, 3), et sort du bo^1tier 1 avec son autre extremite (fig. 2). 4 2838801 L'arbre 7 est monte dans le bo^ltier 1 de preference dans une zone ou les tubulures des sorties commencent toutes les deux a etre parcourues par le fluide ou, comme le montrent les fig. 1 et 3, dans une zone qui est adjacente a la precedente et qui est realisee en tent que segment de bo^ltier supplementaire lb. Le segment de bo^ltier lb entoure partiellement le renfoncement interne 1 a du bo^ltier 1 qui sert de palier a l'arbre. Comme le montre la fig. 1, mais egalement la fig. 3, le bo^ltier 1 des deux formes de realisation preferentielles du dispositif de changement de direction qui vent representees forme avec son entree 2 et ses sorties 3 et 4 (tubulures 3a et 4a) un Y. les tubulures 3a, 4a des sorties 3, 4 etant approximativement paralleles entre elles. Du fait de cette realisation avantageuse d'un point de vue dynamique, le fluide circulant a travers la soupape a deux voies selon ['invention subit une tres faible chute de pression. Les sections transversales des extremites de la sortie 2 et des entrees 3, 4 vent touj ours circulaires, tandis que la section transversale du bo^ltier 1 dans la zone des rebords 6 qui en font le tour est approximativement rectangulaire et presente environ la meme superficie que les sections transversales des sorties 3, 4 et de ['entree 2. Le couple necessaire pour commuter la soupape est avant tout determine par la pression statique du fluide en circulation et par la distance qui separe le centre de gravite de la section transversale de la zone des rebords circulaires 6. En cas de chute de pression minimale simultanee, il est impossible de reduire la pression statique; par consequent, on obtient une distance avantageuse entre le centre de gravite de la section transversale et la zone des rebords circulaires 6 en dotant le boAltier d'une section transversale approximativement rectangulaire avec une longueur de cote plutot plus grande parallelement a l'axe longitudinal X. Le bo^ltier 1 peut etre en une ou plusieurs parties, de preference en fonte, sachant qu'il peut rester a l'etat brut a l'interieur. En raison des donnees geometriques a l'interieur du bo^ltier en Y 1, il serait difficile et onereux d'usiner les butees pour le voles 5 (rebords 6). Senls le voles 5, l'arbre 7 et la surface d'appui (renfoncement la dans la paroi) de l'arbre 7 vent usines. Lorsque, comme represente sur les figures, un segment de bo^ltier lb est prevu, qui entoure en partie le renfoncement la dans la paroi interne du bol^tier 1 qui sert de palier pour l'arbre, ledit renfoncement peut aussi etre realise de fa7con presque plane. Ainsi les avantages du dispositif de changement de direction selon ['invention vent notarnment son faible cout de fabrication et sa conception optimisee en ce qui concerne la circulation des gaz d'echappement. 2838801 L'extremite de l'arbre 7 qui sort du bo^tier 1 est reliee par l'intermediaire d'un levier 8 fixe de maniere articulee a un dispositif d'actionnement 9 pour actionner le voles 5. Le bo^tier 1 presente sur le cote duquel sort l'arbre 7 un element en forme de dGme 10 qui chapeaute l'arbre 7. L'arbre 7 est monte dans ses paliers (renfoncement la, segment de bo^tier lb, element 10) de facon a etre mobile transversalement a son axe longitudinal X, notamment perpendiculairement a l'axe longitudinal X, de maniere a ce que, lorsque le voles 5 est applique contre l'un des rebords 6 faisant tout le tour sous l'effet du fluide en circulation, il se plaque automatiquement etroitement contre ledit rebord 6 afin de realiser l'etancheite. Cela permet de compenser d'eventuellement defauts de precision dans les mesures ou de definir d'emblee une large plage de tolerances admissibles, ce qui fait baisser le taux de rebut lors de la fabrication. A cet effet, le renfoncement la du boitier 1 et le segment de bot^tier lb dans lequel est logee une extremite de l'arbre 7 presentent un diametre qui est superieur au diametre exterieur de l'arbre 7. De la meme facon, ['element en forme de dome 1 0 du bo^tier 1, qui entoure l'arbre presente un diametre interieur qui est superieur au diametre exterieur de l'arbre 7. Le jou que l'arbre 7 peut avoir dans ses paliers, qui est determine par les differences de diametre, p ermet a l ' arbre 7 de se deplacer egal ement transversal em ent a son axe longitudinal X lors de son pivotement, et le voles 5 peut entrer en contact de fa,con optimale avec les butees. Du cote ou l'arbre 7 est monte dans le bo^tier 1, il faut prevoir des garnitures d'etancheite queues qu'elles solent, tandis que, du cote ou sort l'arbre 7, notamment sur ['element en forme de dome entourant l'arbre 7, le bo^tier 1 peut avantageusement presenter une surface d'etancheite lOa dont le vecteur normal s'etend dans la direction de l'axe longitudinal X de l'arbre 7. Ainsi l'arbre 7 peut tourner radialement sans que cela ne nuise a l'etancheite. La seconde forme de realisation d'une soupape a deux voies selon ['invention, qui est representee sur la fig. 3, se distingue de la premiere forme de realisation par le fait qu'un element de guidage du flux 11 est realise sur au moins une face du voles 5. Cet element de guidage du flux 11, qui pourrait egalement etre qualifie de spoiler, sert a ameliorer l'ecoulement du fluide. Comme le montre le dessin, il possede, d'une part, une forme optimisee d'un point de vue aerodynamique et est dimensionne, d'autre part, de maniere a ce qu'il n'entre en collision de quelque maniere que ce soit avec les rebords 6 ou avec le bo^ltier 1 (notamment avec le segment du bo^tier la qui entoure l'arbre 7) ni lors du pivotement du voles 6 2838801 S. ni lorsque ce dernier est dans ses positions d'extremite contre les rebords 6, mais au contraire qu'il tienne dans le bo^tier 1 par engagement positif mais avec jeu, queue que soit la position du voles. Lorsqu'il n'y a qu'un seul element de guidage du flux, celui-ci est place sur le cote de circulation prioritaire du voles 5. Outre le fait qu'il ameliore l'ecoulement du fluide, il evite ['accumulation dans la zone du renfoncement la de la paroi de particules telles que la calamine qui vent vehiculees par le fluide en circulation. L'invention ne se limite pas aux exemples de realisation representes, mais peut revetir toute s le s forme s de real i s ati on pro dui s ant le s meme s effete que ceux vi s es par l a presente invention. Ainsi, par exemple, d'autres formes vent possibles pour le botier (par exemple une forme en T au lieu d'une forme en Y) ou d'autres dispositifs d'actionnement vent envisageables (par exemple a ['aide de cables Bowden), sans pour autant sortir du cadre de ['invention. L'invention ne se limite pas non plus a la combinaison de caracteristiques definie en premier ci-dessus, mais peut aussi etre defnie par n'importe queue autre combinaison de caracteristiques parmi ['ensemble des caracteristiques revelees dans la presente description. 7 2838801 REVENDICATIONS 1. Dispositif de changement de direction pour fluides en circulation, notamment soupape a deux voies ou d'aiguillage pour les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne, comprenant un bo^ltier (1) dans lequel vent realisees une entree (2) ainsi qu'une premiere sortie (3) et une seconde sortie (4), et un organe de changement de direction ayant la forme d'un voles pivotant (5) qui permet de fermer soit la premiere sortie (3), soit la deuxieme sortie (4), l'autre sortie (4, respectivement 3) communiquant alors dans chaque cas avec ['entree (2), caracterise en ce que dans la zone de transition entre ['entree (2) et la sortie (3, 4), a l'interieur du bo^ltier (1), est forme chaque fois un rebord faisant tout le tour (6) contre lequel vient s'appliquer le voles (5) pour realiser l'etancheite, sachant que chaque rebord (6) delimite un plan de mise en butee pour le voles (5). 2. Dispositif de changement de direction selon la revendication 1, caracterise en ce que ['entree (2) et les sorties (3, 4) vent realisees en tent que tubulures (2a, 3a, 4a). 3. Dispositif de changement de direction selon la revendication 1, caracterise en ce que les plans de mise en butee du voles (5) forment entre eux un angle compris entre 30 et 180 , de preference entre 60 et 120 . 4. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce que le voles (5) est fixe sur un arbre (7) assurant le pivotement. 5. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce qu'une ou plusieurs parties du boAltier (1) vent en fonte. 6. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce que le bo^ltier (1) avec son entree (2) et ses deux sorties (3, 4) forme un Y. sachant que les tubulures (3a, 4a) des sorties (3, 4) vent disposees approximativement parallelement entre elles et parallelement a l'axe de la tubulure (2a) de ['entree (2). 7. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 6, caracterise en ce que les sections transversales terminales de ['entree (2) et des sorties (3, 4) vent rondes. 8. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 7, caracterise en ce que la section transversale du bo^tier (1) dans la zone des rebords faisant tout le tour (6) est approximativement rectangulaire et presente a peu pres la meme surface que les sections transversales de ['entree (2) et des sorties (3, 4). 8 2838801 9. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 1 a 8, caracterise en ce qu'au moins un element de guidage du flux (11) est realise sur au moins une face du voles (5). 10. Dispositif de changement de direction selon l'une des revendications 4 a 9, caracterise en ce que l'arbre (7) est monte par une extremite dans le bo^ltier (1), notamment dans un renfoncement de la paroi interne (la) du bo^ltier (1), et est proeminent du boAltier (1)