Brevet FR2855233A1 — publié le 20041126

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape de commande d'un fluide notamment pour commander un gaz, comprenant un boîtier, une unité d'actionnement électromagnétique pour un induit guidé en cou5 lissement axial et comportant un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape. On connaît une telle soupape utilisée par exemple comme soupape de commande de gaz d'une pile à combustible. Etat de la technique La soupape connue comprend un boîtier de soupape logeant une unité d'actionnement électromagnétique d'un induit guidé en coulissement axial. L'induit est muni d'un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape pour commander le passage de fluide entre le côté d'entrée et le côté de sortie de la soupape. Le siège de sou15 pape peut être réalisé sous la forme d'un siège plat qui, lorsque la soupape est utilisée pour commander un gaz naturel sec, présente par rapport à un siège à bille ou un siège conique, une section plus grande pour une force pneumatique plus faible et une meilleure étanchéité, une meilleure fiabilité et une meilleure résistance à l'usure et un fonctionnement plus 20 silencieux. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le siège de soupape est réalisé sur la plaque de fond d'une pièce essentiellement en forme de pot obtenue par em25 boutissage profond et formant un siège plat, la plaque de fond étant munie d'orifices de sorte que lorsque l'organe d'obturation de soupape est ouvert, le fluide peut traverser les orifices. Cette soupape a l'avantage de pouvoir réaliser la pièce à emboutissage profond avec une mise en oeuvre de moyens et un coût plus 30 réduits; la mise en forme de la pièce par emboutissage profond se fera de manière optimisée en fonction des conditions d'encombrement de la soupape. La soupape selon l'invention convient en particulier pour réguler le débit massique de gaz tels que de l'hydrogène ou du gaz natu35 rel; cette soupape peut s'appliquer par exemple à une pile à combustible ou à un moteur à gaz. Le flux de gaz statique dans la soupape peut se régler à une valeur souhaitée par l'adaptation du nombre d'orifices et de leur diamètre. Lors de l'utilisation d'une plaque de fond avec des orifices en forme de buses, la plaque de fond peut être directement suivie d'un silencieux sans créer de volume mort en aval de la plaque de fond. Selon un mode de réalisation préférentiel de la soupape de 5 l'invention, la pièce obtenue par emboutissage profond a une zone essentiellement cylindrique qui se poursuit par un manchon de guidage pour l'induit de la soupape. La zone essentiellement cylindrique qui forme la paroi latérale de la pièce emboutie par emboutissage profond permet de bloquer de manière simple cette pièce emboutie dans la soupape. En plus, lo sur la paroi latérale on peut avoir un décrochement ou une collerette dans laquelle s'accroche une rainure correspondante de la pièce adjacente de la soupape. Le manchon de guidage de l'induit peut être réalisé en une seule partie avec la pièce obtenue par emboutissage profond formant le 15 siège de soupape pour une réalisation compacte de la soupape. En variante, le manchon de guidage de l'induit peut également constituer une pièce séparée glissée dans la pièce essentiellement en forme de pot obtenue par emboutissage profond; ce montage peut se faire par exemple par accrochage et liaison de sa zone essentiellement cylindri20 que avec le manchon de guidage. Pour amortir le bruit on peut en outre prévoir un silencieux sur la zone essentiellement cylindrique. Ce silencieux est en particulier tubulaire. Le silencieux peut être soit une pièce distincte que l'on fixe 25 à l'aide de moyens de fixation appropriés sur la zone cylindrique. Il peut également s'agir d'une pièce réalisée en une seule partie avec la pièce obtenue par emboutissage profond, c'est-à-dire que le silencieux peut faire partie de cette pièce. Un autre mode de fixation de la pièce obtenue par embou30 tissage profond dans la soupape consiste à appliquer cette pièce emboutie sur une sorte de collerette du manchon de guidage de l'induit. Entre la collerette du manchon de guidage et la pièce obtenue par emboutissage profond on peut avoir un anneau d'écartement. Pour améliorer les conditions d'écoulement du fluide il est 35 avantageux que les orifices de la plaque de fond de la pièce obtenue par emboutissage profond comportent chacun une arête d'entrée arrondie. La forme donnée aux arêtes d'entrée peut se faire soit par usinage des arêtes d'entrée après réalisation des orifices soit par embou- tissage de la plaque de fond de la pièce obtenue par emboutissage profond. Dans ce cas, on réalise les orifices ensuite par emboutissage. En particulier dans le cas d'une plaque de fond emboutie, pour réduire l'usure sur le côté de la plaque de fond tourné vers l'organe 5 d'obturation de soupape, on peut prévoir un moyen d'amortissement. Cela réduit l'usure du siège de soupape et/ou de l'organe d'obturation de soupape. L'installation d'amortissement peut être réalisée sous la forme d'un anneau ou d'une rondelle et elle est par exemple en élastoo0 mère. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de six exemples de réalisation d'une soupape représentée schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une soupape ç gaz selon l'invention équipée d'un silencieux, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la zone II de la figure 1, - la figure 3 montre une pièce obtenue par emboutissage profond servant de siège de soupape et ayant un silencieux selon un second mode de 20 réalisation d'une soupape à gaz selon l'invention, - la figure 4 montre une pièce obtenue par emboutissage profond servant de siège de soupape correspondant à un troisième mode de réalisation d'une soupape à gaz selon l'invention, - la figure 5 montre un manchon de guidage d'un quatrième mode de 25 réalisation d'une soupape selon l'invention, - la figure 6 montre une pièce obtenue par emboutissage profond servant de siège de soupape correspondant à un cinquième mode de réalisation d'une soupape selon l'invention, - la figure 7 montre une pièce obtenue par emboutissage profond servant 30 de siège de soupape avec une rondelle d'amortissement correspondant à un sixième mode de réalisation d'une soupape à gaz selon l'invention. Description des modes de réalisation La figure 1 montre une soupape à gaz 10 destinée à être utilisée dans une pile à combustible ou dans un moteur à gaz et servant à 35 réguler le flux d'hydrogène ou de gaz naturel sous pression (gaz CNG) entre un côté d'entrée 1 1 et un côté de sortie 12. La soupape 10 comprend un boîtier 13 en plusieurs parties recevant une bobine électromagnétique 14 entourée par un manchon de guidage 15 obtenu par emboutissage profond. Un bouchon 16 essentiellement tubulaire est bloqué dans le manchon de guidage 15. Ce bouchon sert à fixer un ressort hélicoïdal 17 fonctionnant comme ressort de précontrainte dont l'autre face frontale porte un induit 18. L'induit 18 de forme tubulaire constitue un organe d'obturation de soupape; la face frontale de l'induit coopère avec un siège de soupape 21 sous la forme d'un siège plat. La figure 2 montre de manière plus détaillée la réalisation de ce siège. L'organe d'obturation de soupape 18 comporte également un volume intérieur 22 relié au côté 10 d'entrée 11 de la soupape 10 et d'o partent des perçages de sortie 23, dirigés radialement; ces perçages communiquent avec une chambre à haute pression 24 délimitée radialement par le manchon de guidage 15. Dans la direction axiale, un perçage de sortie 20 relie le volume intérieur 22 à la face frontale formant le siège plat de l'organe d'obturation de sou15 pape 18. Comme le montre de façon détaillée la figure 2, le siège de soupape 21 est réalisé sur une plaque de fond 25 d'une pièce 26 essentiellement en forme de pot, obtenue par emboutissage profond. La plaque de fond 25 est munie d'orifices en forme de buses 27 pour que lorsque 20 l'organe d'obturation de soupape 18 est ouvert, une veine de gaz puisse passer de la chambre à haute pression 24 et de la face frontale de l'organe d'obturation de soupape 18 à travers les orifices 27. La pièce en forme de pot 26 obtenue par emboutissage profond comprend en outre une zone cylindrique 28 qui se poursuit par un silencieux 29, tubulaire, ou qui fait 25 partie du silencieux. Le côté extérieur de la zone cylindrique 28 comporte en outre une rainure annulaire 30 dans laquelle pénètre un bourrelet annulaire 31 du manchon de guidage 15 pour accrocher et bloquer la pièce en forme de pot 26 obtenue par emboutissage profond dans le manchon de guidage 15. A la périphérie du manchon de guidage 15 et dans la zone du silencieux 29 dépassant du manchon de guidage 15, la soupape 10 est munie d'un enrobage en matière plastique injectée 32 servant à réduire encore plus le bruit lors du fonctionnement de la soupape 10. La figure 3 montre une variante de réalisation de la zone de 3s siège de soupape d'une soupape comme celle représentée à la figure 1. Cette zone de siège de soupape comprend également une pièce en forme de pot 35 obtenue par emboutissage profond; cette pièce a une plaque de fond 25 munie d'un siège de soupape 21 et d'orifices en forme de buses 27. La pièce en forme de pot 35 obtenue par emboutissage profond comprend également une zone cylindrique 36 munie également d'une 5 rainure annulaire 30 pour être fixée à un manchon de guidage non représenté en détail d'un induit de soupape, la fixation se faisant par roulage. Le côté intérieur de la zone cylindrique 36 forme un bourrelet annulaire 37 correspondant à la rainure annulaire 30. Le silencieux 38, 38' formé d'une pièce de matière plastique s'accroche par une rainure annulaire 39 o10 de forme correspondante. Le côté intérieur du silencieux 38, 38' est soit parallèle à la zone cylindrique 36 de la pièce 35 obtenue par emboutissage profond, c'est-àdire de forme cylindrique, ou encore il s'élargit légèrement dans la direction opposée à celle des orifices 27 comme le montre la figure 3. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'une pièce 41 obtenue par emboutissage profond; cette pièce forme un siège de soupape 21 comme pour la soupape de la figure 1. La pièce d'emboutissage profond 41 a, comme les modes de réalisation des figures 2 et 3, une plaque de fond 25 plane à la manière 20 d'une rondelle à orifices d'éjection, munie du siège de soupape 21 et des orifices 27. La plaque de fond 25 se poursuit par une zone cintrée 42 et une courte zonez cylindrique 43; cette dernière s'appuie sur un anneau d'écartement 44 et par celui-ci sur la collerette non représentée d'un manchon de guidage d'un induit de soupape à gaz du type représenté à la fi25 gure 1. La figure 5 montre une autre pièce en forme de pot 51 obtenue par emboutissage profond; cette pièce a une zone 52 tubulaire, cylindrique, servant de manchon de guidage pour l'induit d'une soupape du type de celle représentée à la figure 1. La zone tubulaire 52 est réalisée ici 30 en une seule pièce avec une plaque de fond 53 formant un siège de soupape 21 pour un organe d'obturation de soupape relié à l'induit; cette pièce est également munie d'orifices 27 en forme de buses de façon à faire communiquer le volume intérieur de la pièce emboutie 51 communiquant avec le côté d'entrée de la soupape et le côté de sortie de la soupape; le 35 degré d'ouverture de ces orifices se règle à l'aide de l'induit. La figure 6 montre un autre mode de réalisation d'une pièce 61 obtenue par emboutissage profond; cette pièce forme un siège de sou- pape 62 en forme de siège plat pour un organe d'obturation d'une soupape comme celle représentée à la figure 1. Cette pièce est en forme de pot. La pièce 61 obtenue par emboutissage profond comprend une plaque de fond 63 munie du siège de soupape 62 et d'orifices 27 en 5 forme de buses. Les orifices 27 ont des arêtes d'entrée 64 arrondies et obtenues par emboutissage de la plaque de fond 63 de la pièce 61 emboutie. Les orifices 27 eux-mêmes sont découpés à la presse. La pièce emboutie 31 comporte en outre une zone cylindrique tubulaire 65 dont la périphérie rejoint en manchon de guidage 15 de o0 l'induit et dont la face frontale libre s'appuie sur la collerette 66 du manchon de guidage 15. La figure 7 montre une pièce 71 obtenue par emboutissage profond. Cette pièce correspond pour l'essentiel à celle de la figure 6 en s'en distinguant néanmoins en ce que le côté tourné vers l'induit comporte une rondelle d'amortissement 72 pour diminuer l'usure du siège de soupape 62 et de l'induit non représenté coopérant avec ce siège. Pour le reste, la pièce emboutie 71 correspond à la pièce emboutie obtenue par emboutissage profond et représentée à la figure 6. REVENDICATIONS 1 ) Soupape de commande d'un fluide notamment pour commander un gaz, comprenant un boîtier (13), une unité d'actionnement électromagnétique (14) pour un induit (18) guidé en coulissement axial et comportant 5 un organe d'obturation de soupape (20) coopérant avec un siège de soupape (21, 62), caractérisée en ce que le siège de soupape (21, 62) est réalisé sur la plaque de fond (25, 53, 63) d'une pièce essentiellement en forme de pot (26, 35, 41, 51, 61, 71) obte10 nue par emboutissage profond et formant un siège plat, la plaque de fond (25, 53, 63) étant munie d'orifices (27) de sorte que lorsque l'organe d'obturation de soupape (18) est ouvert, le fluide peut traverser les orifices (27). i5 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce (26, 35, 41, 51, 61, 71) obtenue par emboutissage profond a une zone (28, 36, 52, 65) essentiellement cylindrique qui se poursuit par un manchon de guidage (15, 52) pour l'induit (18). 20 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon de guidage (52) de l'induit est réalisé en une seule partie avec la pièce (51) obtenue par emboutissage profond. 25 4 ) Soupape selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu' un silencieux (29, 38, 38) poursuit la zone essentiellement cylindrique (28, 36). 5 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que le silencieux (29) est réalisé en une seule partie avec la pièce (26) obtenue par emboutissage profond. 35 6 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée par un moyen de fixation (30, 37) prévu sur la zone cylindrique (28, 36) pour le silencieux (38) et/ou un manchon de guidage (15) pour l'induit (18). 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen de fixation (30) comprend de préférence une rainure obtenue par roulage. 8 ) Soupape selon la revendication 2, 10 caractérisée en ce que la pièce obtenue par emboutissage profond (41, 61) repose sur une collerette (66) d'un manchon de guidage (15) pour l'induit (18). 9 ) Soupape selon la revendication 8, caractérisée en ce que la pièce (41) obtenue par emboutissage profond s'appuie sur la collerette du manchon de guidage par l'intermédiaire d'un anneau d'écartement (44). 10 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices ont des arêtes d'entrée (64) arrondies. 11 ) Soupape selon la revendication 10, 25 caractérisée en ce que les arêtes d'entrée arrondies (64) sont obtenues par emboutissage de la plaque de fond (63) de la pièce (61, 71) obtenue par emboutissage profond. 12 ) Soupape selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que le côté de la plaque de fond (63) tourné vers l'organe d'obturation de soupape (20) comporte un moyen d'amortissement (72) pour diminuer l'usure du siège.