Brevet FR2858679A1 — publié le 20050211

I Domaine technique L'invention concerne une soupape électromagnétique, en particulier pour l'aération du réservoir dans des véhicules automobiles, comprenant une 5 bobine magnétique et un piston de solénoïde, lequel peut être actionné par la bobine magnétique et subir un mouvement d'aller et retour entre une position d'ouverture et une position de fermeture, la position de fermeture étant définie par la prise d'appui d'une face du piston de solénoïde, tournée vers un siège de soupape, sur le siège de soupape avec intercalage d'un corps 10 d'étanchéité pouvant être fixé amoviblement à un corps de support. État de la technique Les soupapes à commande électromagnétique pour l'introduction 15 dosée de vapeur de combustible, qui se volatilise en s'échappant d'un réservoir de combustible d'un moteur à combustion interne, dans un tube d'aspiration du moteur à combustion interne sont connues et souvent décrites par les auteurs. Elles comportent normalement un boîtier de soupape avec un raccord d'amenée à raccorder à un réservoir de 20 combustible ou à un filtre d'adsorption monté en aval de celui-ci ainsi qu'un raccord d'écoulement à raccorder au tube d'aspiration. À l'intérieur du boîtier de soupape se trouve une bobine magnétique avec un noyau magnétique ainsi qu'un piston de solénoïde. Si la bobine magnétique reçoit du courant, le piston de solénoïde peut être mis dans une position d'ouverture à l'encontre 25 de l'effet de ressort au départ d'une position de fermeture définie par sa prise d'appui sur le siège de soupape. Dans les soupapes connues, la course maximale du piston de solénoïfde est normalement limitée par des surfaces de butées, généralement sur le noyau magnétique, sur le côté du piston de solénoïde opposé au siège de soupape. Il est connu d'équiper les pistons de solénoïde, sur leur côté tourné vers le siège de soupape, d'un corps d'étanchéité composé d'un élastomère pour étanchéifier et pour atténuer les bruits. On connaît également des pistons de solénoïde présentant un passage en passant par lequel le corps d'étanchéité se prolonge jusque sur le côté opposé au siège de soupape et 35 en ressort en faisant saillie pour constituer un tampon de butée pour l'application sur les surfaces de butées sur le noyau magnétique. Le corps d'étanchéité peut être surmoulé par vulcanisation sur le piston de solénoïde. Dans une soupape électromagnétique de l'espèce générique, le corps d'étanchéité est situé sur le piston de solénoïde de manière à pouvoir être 5 fixé amoviblement. Du document EP 0 099 771 AI, on connaît ainsi une électrovanne avec un piston de solénoïde, dans laquelle une calotte composée d'un élastomère surmonte le côté tourné vers le siège d'étanchéité, le piston de solénoïde présentant un passage cylindrique dans lequel le corps en élastomère se prolonge jusqu'à ce que le passage en soit 10 complètement rempli. Pour fixer la calotte en élastomère sur le piston de solénoïde, celui-ci comporte, sur le côté tourné vers le siège d'étanchéité, dans une partie arrière, une contre-dépouille en forme de rainure, laquelle s'étend sur le pourtour extérieur et peut être mise en prise avec le bord arrière de la calotte en élastomère. Un tel ensemble est également connu du 15 document EP 1 235 014 A2. Ce document décrit un piston de solénoïde qui comporte, sur son côté tourné vers le siège d'étanchéité, une pointe conique qui, dans la position de fermeture de la soupape, s'enfonce, à l'extrémité supérieure du raccord d'écoulement, dans un orifice d'entrée conformé en conséquence. La pointe conique est ici entièrement recouverte d'une calotte 20 conformée en conséquence et réalisée en un matériau d'étanchéité, la calotte pouvant être mise en prise, avec son bord extérieur, avec une contredépouille en forme de rainure qui s'étend sur le pourtour extérieur au pied de la pointe conique. L'inconvénient des soupapes électromagnétiques décrites est une 25 géométrie très complexe des corps d'étanchéité, dont la fabrication est par conséquent complexe et coûteuse. Exposé de l'invention L'objectif de l'invention est de perfectionner une soupape à commande électromagnétique de l'espèce générique de manière à pouvoir réduire le coût de la fabrication du piston de solénoïde. Cet objectif est atteint par une soupape à commande électromagnétique présentant toutes les caractéristiques de la revendication 1. Des modes de réalisation avantageux 35 de l'invention sont décrits dans les sous-revendications. Étant donné une soupape à commande électromagnétique, en particulier une soupape d'aération de réservoir pour véhicules automobiles, laquelle comprend une bobine magnétique et un piston de solénoïde qui peut 5 être actionné par la bobine magnétique et subir un mouvement d'aller et de retour entre une position d'ouverture et une position de fermeture, la position de fermeture étant définie par la prise d'appui du côté du piston de solénoïde, tourné vers un siège de soupape, sur le siège de soupape avec intercalage d'un corps d'étanchéité pouvant être fixé amoviblement à un 10 corps de support, il est prévu, selon l'invention, que le corps d'étanchéité est réalisé en tant qu'élément d'étanchéité sensiblement annulaire qui peut être attaché sur le corps de support. Du fait de l'utilisation d'un élément d'étanchéité simple et sensiblement annulaire au lieu des corps d'étanchéité en élastomère de géométrie complexe décrits ci-avant, il est possible non seulement de réduire considérablement le coût de fabrication de la soupape, mais aussi de simplifier substantiellement la manipulation au montage du corps d'étanchéité. Il est possible de contrôler visuellement, de manière simple, si l'élément d'étanchéité est correctement mis en place, non cependant si les 20 calottes en élastomère sont bien positionnées, étant donné que les segments de fixation qui s'encliquettent dans la rainure sont cachés en dessous de la calotte en élastomère. L'élément d'étanchéité selon l'invention est réalisé sous une forme sensiblement annulaire. Sensiblement annulaire signifie que la surface de 25 section ne doit pas nécessairement être strictement circulaire. Il peut parfaitement être avantageux, pour améliorer le positionnement dans la rainure de logement, de prévoir une surface de section qui s'écarte de la forme circulaire et soit (partiellement) anguleuse, par exemple. Il peut également être avantageux que la forme géométrique de la surface de 30 section ne soit pas constante sur tout le pourtour de l'anneau, mais soit réalisée différemment, du moins par parties. La conformation de l'élément d'étanchéité selon l'invention s'étant considérablement simplifiée en comparaison avec les corps d'étanchéité connus, y compris compte tenu des possibilités de variation ci-dessus, pour 35 ce qui est de la configuration géométrique, la sélection de matériaux susceptibles d'être mis en ceuvre pour l'élément d'étanchéité est considérablement plus grande que dans le cas des corps d'étanchéité à géométrie complexe. Plus particulièrement, il est possible de choisir les caractéristiques du matériau de manière ciblée compte tenu du domaine de s mise en oeuvre envisagé de la soupape. Ainsi, on utilisera, pour l'application préférentielle de la soupape en tant que soupape d'aération de réservoir pour des véhicules automobiles, des matériaux, et plus particulièrement des élastomères, qui sont optimisés pour ce qui est de leur résistance à chaud et de l'atténuation acoustique, tels que le fluorsilicone, par exemple. Pour une fixation sûre de l'élément d'étanchéité sur le corps de support, il est avantageux de prévoir sur le corps d'étanchéité une rainure périphérique annulaire avec des parois de limitation latérales dans laquelle l'élément d'étanchéité peut être clipsé. L'élément d'étanchéité peut être placé non seulement sur le siège 15 d'étanchéité, mais aussi sur le piston de solénoïde. Le piston de solénoïde est de préférence utilisé en tant que corps de support, étant donné qu'il est très compliqué et coûteux de ménager une rainure annulaire, accueillant l'élément d'étanchéité, dans la paroi comparativement mince du raccord d'écoulement au niveau du siège de soupape, pour ce qui est de la 20 technique de la fabrication, en particulier du fait d'un agencement d'outils très complexe résultant du fait qu'il faut tenir compte de démoulages. Par ailleurs, il peut être nécessaire de bloquer l'élément d'étanchéité par un autre composant. Toujours pour ce qui est de la technique de la fabrication, il est difficile 25 de ménager la rainure annulaire dans la face frontale du piston de solénoïde tournée vers le siège de soupape et dirigée vers le bas. Dans ce cadre, il convient surtout de mentionner la durée de vie de l'outil, laquelle se trouve nettement limitée en raison des dimensions données. Par conséquent, la rainure annulaire est avantageusement ménagée sur le piston de solénoïde 30 côté pourtour extérieur, la paroi latérale de la rainure, située du côté du piston de solénoïde, constituant, avec l'élément d'étanchéité en appui dessus, I'endroit où le siège d'étanchéité peut venir s'appliquer. Le diamètre de la partie frontale du piston de solénoïde tournée vers le siège d'étanchéité est réduit en conséquence jusqu'à ce que ladite partie frontale n'empêche 35 plus le siège d'étanchéité de venir s'appliquer sur l'élément d'étanchéité, c'està-dire que le diamètre extérieur du piston de solénoïde, dans la partie frontale, doit être inférieur au diamètre intérieur de l'orifice de sortie entouré du siège d'étanchéité. Par ailleurs, la paroi latérale de la rainure, tournée vers le siège d'étanchéité, devrait encore recouvrir suffisamment largement 5 I'élément d'étanchéité radialement vers l'extérieur de manière à le préserver d'une chute. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la rainure annulaire est réalisée en tant que glissière prismatique, c'est-à-dire avec un profil sensiblement en forme de V. Cette réalisation a l'avantage que, du fait 10 de l'élargissement en V de l'espace creux de la rainure, I'arête de séparation de la forme a suffisamment de jeu et ne se manifeste donc pas de manière gênante. Il s'est également avéré avantageux, lors de la détermination des dimensions de l'espace creux de la rainure, de tenir compte du gonflement du matériau de l'élément d'étanchéité au contact des vapeurs de carburant. 15 On obtient une allure du contour favorable pour ce qui est de la mécanique des fluides si le piston de solénoïde comporte, en sa partie frontale tournée vers le siège de soupape, une partie qui va s'amincissant en forme conique. Ceci favorise durablement la capacité de doser finement de la soupape, ce que les constructeurs automobiles exigent de plus en plus 20 souvent. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise un anneau torique d'étanchéité en tant qu'élément d'étanchéité. Les anneaux toriques d'étanchéité se fabriquent facilement et à un coût avantageux. Dans un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention sont 25 prévues, sur le piston de solénoïde, pour limiter la longueur maximale de la course du piston de solénoïde, des surfaces de butée qui coopèrent avec des surfaces de contre-butée associées sur le côté du piston de solénoïde opposé au siège de soupape (côté actionneur). Des tampons de butée sont avantageusement prévus entre les 30 surfaces de butées et les surfaces de contre-butée pour atténuer les bruits. Une solution simple, pour ce qui est de la technique de la construction, et d'un coût avantageux, consiste à également mettre en oeuvre, en tant que tampon de butée, un élément d'étanchéité sensiblement annulaire, et plus particulièrement un anneau torique d'étanchéité, lequel est 35 placé, y compris dans ce cas, de préférence dans une rainure réalisée en tant que glissière prismatique. Ce qui a été dit plus haut est valable pour ce qui est des possibilités de configuration géométrique y compris de cet élément d'étanchéité. Les surfaces de contre-butée peuvent être réalisées à l'extrémité du 5 noyau magnétique côté piston de solénoïfde, par exemple. Dans le cas de soupapes à commande électromagnétiques avec vis de réglage située centralement pour régler la longueur de la course maximale du piston de solénoïde, les surfaces de contre-butée peuvent également être prévues à l'extrémité de la vis de réglage côté piston de solénoïde. L'élément 10 d'étanchéité servant de tampon de butée peut être attachable non seulement côté piston de solénoïde, c'est-à-dire à l'extrémité du piston de solénoïde côté actionneur, mais aussi côté actionneur, c'est-à-dire par exemple à l'extrémité de la vis de réglage ou du noyau magnétique côté piston de solénoïde ou à un autre support servant à maintenir l'élément d'étanchéité. Il 15 est à noter que le logement de l'élément d'étanchéité, de préférence réalisé en tant que glissière prismatique, peut être situé non seulement sur le pourtour extérieur, mais aussi sur le pourtour intérieur d'un perçage correspondant dans le support, soit, par exemple, sur le pourtour intérieur du perçage à l'extrémité du piston de solénoïde côté actionneur, lequel perçage 20 sert habituellement à accueillir le ressort de pression à vis. Dans toutes ces solutions, il suffit de veiller à ce que les positions géométriques des surfaces de butée, des surfaces de contre-butée et du tampon de butée soient accordées les unes aux autres. Dans le cas de la position de l'élément d'étanchéité servant de tampon 25 de butée à l'extrémité du piston de solénoïde côté actionneur, il s'est avéré avantageux d'utiliser un préformé en matière plastique pour maintenir l'élément d'étanchéité. Celui-ci peut être réalisé, par exemple, pour l'essentiel en tant que cylindre creux pouvant être inséré dans un perçage correspondant sur le côté du piston de solénoïde opposé au siège de 30 soupape et comportant, en son extrémité supérieure, une surface de logement, qui s'étend en direction axiale et court sur le pourtour extérieur, avec une terminaison de type collerette pour attacher et fixer l'élément d'étanchéité. Le piston de solénoïde décrit se fabrique simplement et à un coût avantageux. On obtient d'autres avantages, pour ce qui est de la technique des fluides, si le raccord d'écoulement est réalisé en tant que tuyère de Laval. La soupape à commande électromagnétique selon l'invention convient aussi bien pour le mode proportionnel que pour le mode synchronisé. Description succincte des figures Dans ce qui suit, on va expliquer l'invention plus en détail en se référant aux figures. Lafigure 1 est une représentation schématique d'une soupape électromagnétique selon l'invention, vue en coupe longitudinale; la figure 2 montre, dans le même mode de représentation que la figure 1, un piston de solénoïde pour une soupape à commande électromagnétique selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Réalisation de l'invention Sur la figure 1, on reconnaît une soupape à commande magnétique 1 dans un boîtier 2 avec un raccord d'amenée 3 pouvant être relié à un raccord 20 d'aération d'un réservoir de combustible, ici non représenté, ou à un filtre d'adsorption monté en aval de celui-ci, ainsi qu'avec un raccord d'écoulement 4 à raccorder à un tube d'aspiration d'un moteur à combustion interne, également non représenté. La soupape 1 comprend une bobine magnétique 5 avec un noyau 25 magnétique 6, à laquelle est conjugué un piston de solénoïde 7. Le piston de solénoïde 7 peut subir un mouvement d'aller et de retour entre une position d'ouverture et une position de fermeture en fonction de l'alimentation de la bobine 5 en courant, la position de fermeture étant définie par la prise d'appui du piston de solénoïde 7 sur un siège de soupape 8 à l'orifice 30 d'entrée du raccord d'écoulement 4. Le piston de solénoïde 7 ne prend pas directement appui sur le siège de soupape 8: un élément d'étanchéité est intercalé, lequel est réalisé, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, en tant qu'anneau torique d'étanchéité 9 attachable. Selon un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention, I'anneau torique 35 d'étanchéité 9 est attachable sur le piston de solénoïde 7 qui, à cet effet, est pourvu sur son pourtour extérieur, du côté tourné vers le siège de soupape 8, d'une rainure 10 périphérique annulaire réalisée en tant que glissière prismatique. Dans le mode de réalisation représenté, le piston de solénoïfde 7 est guidé dans ce qu'on appelle une douille Glyco 11. La douille Glyco 11 est entourée de la joue magnétique 12. À l'intérieur du noyau magnétique 6 en forme de cylindre creux se trouve une vis de réglage 13 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, constitue, sans restreindre la généralité de l'invention, une butée au mouvement de la course du piston de solénoïde 7. Pour régler la butée, la 10 vis de réglage présente un filetage qui s'engage dans un contrefiletage réalisé complémentairement. La vis de réglage 13 fait saillie, avec son extrémité côté piston de solénoïde, dans un perçage 14 ménagé en conséquence sur le côté du piston de solénoïde 7 opposé au siège de soupape 8. Entre l'extrémité de la vis de réglage 13 côté piston de solénoïde et le fond du perçage 14 se trouve un ressort de pression à vis, non représenté dans la figure, qui pousse le piston de solénoïde, à l'état non alimenté en courant de la bobine magnétique 5, sur le siège de soupape 8, la soupape est fermée. Lorsque la bobine magnétique 5 est alimentée en courant, le piston de solénoïde 7 est soulevé du siège de soupape 8 à 20 lI'encontre de la force de ressort, la soupape s'ouvre. Pour limiter la longueur de la course, le piston de solénoïde 7 présente des surfaces de butée 15, lesquelles sont constituées par un épaulement annulaire dans le perçage 14 du piston de solénoïde 7, lequel perçage va s'élargissant en forme de cône vers le haut. Dans le mode de 25 réalisation représenté, les surfaces de contre-butée 16 associées sont, sans limiter la généralité de l'invention, réalisée à l'extrémité de la vis de réglage 13 côté piston de solénoïde sous la forme d'un épaulement périphérique également annulaire avec tampon de butée. Selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel de l'invention, un anneau torique d'étanchéité 17 30 sert de tampon de butée, lequel anneau torique d'étanchéité est attachable sur l'extrémité de la vis de réglage 13 côté piston de solénoïde. À cet effet, l'extrémité de la vis de réglage 13 côté piston de solénoïde est pourvue d'une glissière prismatique pour l'anneau torique d'étanchéité 17 dans la partie de l'épaulement périphérique annulaire. Pour améliorer les caractéristiques de la soupape pour ce qui est de la technique des fluides, le canal 18 qui traverse le raccord d'écoulement 4 est réalisé, de manière en soi connue, sous la forme d'une tuyère de Laval. Dans la figure 2 est représenté, à titre d'exemple, un mode de 5 réalisation préférentiel d'un piston de solénoïde pouvant être monté dans une soupape selon l'invention. Le piston de solénoïde 70 est réalisé en deux parties avec une enveloppe extérieure 71, de forme sensiblement cylindrique, composée d'un matériau métallique et pourvue d'un perçage 14 côté actionneur, et avec un préformé en matière plastique 72 pouvant être 10 inséré dans ce perçage 14 pour accueillir l'anneau torique d'étanchéité 17. Dans le présent mode de réalisation, le préformé en matière plastique 72 est, sans restreindre la généralité, réalisé pour l'essentiel en tant que pot en forme de cylindre creux. Il présente, en son extrémité supérieure, une surface de logement 72a qui s'étend en direction axiale et court sur le 15 pourtour extérieur, avec une terminaison du type collerette 72b pour attacher et fixer l'anneau torique d'étanchéité 17. Le fond 72c du préformé en matière plastique 72 en forme de cylindre creux peut servir de butée pour un ressort de pression à vis non représenté dans la figure. Le piston de solénoïde 70 comporte, en son extrémité tournée vers le siège d'étanchéité, une partie 20 71b qui fait suite à la rainure annulaire 71a servant à accueillir l'anneau torique d'étanchéité 9 et qui va s'amincissant en forme de cône vers le bas. Du fait de la réalisation de la paroi du piston de solénoïde en forme de cône dans cette partie, le dosage fin par la soupape se trouve amélioré. REVENDICATIONS 1. Soupape à commande électromagnétique, en particulier soupape d'aération de réservoir pour véhicules automobiles, laquelle comprend une bobine magnétique (5) et un piston de solénoïde (7) qui peut être actionné par la bobine magnétique (5) et subir un mouvement d'aller et de retour entre une position d'ouverture et une position de fermeture, la position de fermeture étant définie par la prise d'appui du côté du piston de solénoïde (7), tourné vers un siège de soupape (8), sur le siège de soupape (8) avec intercalage d'un corps d'étanchéité pouvant être fixé amoviblement à un corps de support, caractérisé en ce que le corps d'étanchéité est réalisé en tant qu'élément d'étanchéité (9) sensiblement annulaire qui peut être attaché sur le corps de support. 2. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'est prévue, sur le corps de support, une rainure annulaire dans laquelle l'élément d'étanchéité (9) peut être clipsé. 3. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps de support est le piston de solénoïde (7). 4. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la rainure annulaire (10, 71a) est située sur le pourtour extérieur du piston de solénoïde (7) sur le côté de celui-ci tourné vers le siège de soupape (8). 5. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que la rainure annulaire (10, 71a) est réalisée en tant que glissière prismatique. 6. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le piston de solénoïde (7) comporte, sur le côté tourné vers le siège de soupape (8), une partie (71b) qui va s'amincissant en forme de cône. 7. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que sont prévues, pour la limitation de la longueur maximale de la course du piston de solénoïde (7), des surfaces de butée (15) qui coopèrent avec des surfaces de contre-butée sur le côté du piston de solénoïde (7) opposé au siège de soupape (8) (côté actionneur). 8. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que des tampons de butée sont prévus entre les surfaces de butée (15) et les surfaces de contre-butée. 9. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tampon de butée est constitué par un élément d'étanchéité sensiblement annulaire, et de préférence par un anneau torique d'étanchéité (17). 10. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'est prévue une glissière prismatique pour accueillir l'élément d'étanchéité resp. l'anneau torique d'étanchéité (17) . 11. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que les surfaces de contre-butée sont ménagées à l'extrémité du noyau magnétique (6) côté piston de solénoïde. 12. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'une vis de réglage (13) est prévue pour régler la longueur maximale de la course du piston de solénoïde (7) et en ce que les surfaces de contre-butée (16) sont ménagées à l'extrémité de la vis de réglage (13) côté piston de solénoïde. 13. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité resp. l'anneau torique d'étanchéité (17) sont attachables côté actionneur. 14. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité resp. l'anneau torique d'étanchéité (17) sont attachables côté piston de solénoïde. 15. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 13, caractérisée en ce que le piston de solénoïde (7) comprend un préformé en matière plastique (72) pour maintenir l'élément d'étanchéité resp. l'anneau torique d'étanchéité (17). 16. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 14, caractérisée en ce que le préformé (72) est réalisé, pour l'essentiel, en tant que cylindre creux pouvant être inséré dans un perçage (14) correspondant sur le côté du piston de solénoïde (7) opposé au siège de soupape (8) et comportant, en son extrémité supérieure, une surface de logement (72a), qui s'étend en direction axiale et court sur le pourtour extérieur, avec une terminaison (72b) de type collerette pour attacher et fixer l'élément d'étanchéité resp. l'anneau torique d'étanchéité (17). 17. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que le raccord d'écoulement (4) est réalisé en tant que tuyère de Laval. 18. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (9) sensiblement annulaire est un anneau torique d'étanchéité.