Brevet FR2855232A1 — 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 de soupape recevant une unité d'actionnement électromagnétique d'un 5 induit guidé en coulissement axial et coopérant avec un siège de soupape pour commander le passage du fluide entre le côté d'entrée et le côté de sortie de la soupape. Etat de la technique On connaît une telle soupape utilisée par exemple comme 10 soupape de commande de gaz dans une pile à combustible d'un véhicule automobile ou dans le cas d'un moteur à gaz. Une soupape connue du type défini ci-dessus comprend un boîtier de soupape recevant une unité d'actionnement électromagnétique pour un induit. L'induit, servant également d'organe d'obturation de sou15 pape coulissant axialement, coopère avec un siège de soupape pour commander le passage du fluide entre le côté d'entrée et le côté de sortie de la soupape. L'induit de cette soupape connue est guidé dans un manchon de guidage en forme de pièce obtenue par emboutissage profond; 20 l'induit coopère avec une butée formée par un noyau polaire prévu sur la face frontale de l'induit à l'opposé du siège de soupape. La difficulté de cette soupape est que l'induit est exposé à une forte usure dans la zone de butée notamment pour commander les gaz secs, et cette usure peut aboutir à une défaillance de fonctionnement. 25 Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une soupape du type défini cidessus, caractérisée en ce que la face frontale de l'induit à l'opposé du siège de soupape est munie d'une couche anti-usure. Cette soupape a l'avantage que l'induit, par comparaison à l'induit d'une soupape selon l'état de la technique, comporte un moyen augmentant la résistance à l'usure et évitant le risque d'un incident de fonctionnement de la soupape. La protection anti-usure fonctionne en général à l'ouverture de l'organe d'obturation ou de l'induit magnétique en 35 coopérant avec le noyau polaire de l'unité d'actionnement électromagnétique. La soupape selon l'invention convient notamment pour la régulation du débit massique de gaz tels que l'hydrogène et le gaz naturel; elle peut s'utiliser par exemple dans une pile à combustible ou dans un moteur à gaz d'un véhicule automobile. Selon un mode de réalisation préférentiel, la soupape selon l'invention comprend une protection anti-usure sous la forme d'un revê5 tement de l'induit magnétique. Si la protection anti-usure est un revêtement, il peut s'agir d'un revêtement de chrome et/ou d'une couche de sulfure de molybdène ou une couche de carbone ou encore une couche à base de polytétrafluoréthylène PTFE. Le revêtement peut également être un système à une couio che ou à plusieurs couches. La couche anti-usure réalisée sur la face frontale de l'induit, du côté opposé à celui tourné vers le siège de soupape, forme selon une réalisation avantageuse de la soupape selon l'invention, une surface de butée structurée. Cette surface de butée structurée présente par exemple 15 une surface gaufrée, si bien qu'au fonctionnement de la soupape on aura de façon simple un aplanissement des différents îlots de la structure gaufrée. Par comparaison à un induit d'une soupape selon l'état de la technique il en résultera une surface portante plus grande. La surface de butée structurée, avec une structure gaufrée, peut être constituée par exemple 20 par la couche de chrome. En variante ou en plus du revêtement, la face frontale de l'induit, à l'opposé du siège de soupape, peut avoir comme couche antiusure de préférence une rondelle de butée partiellement magnétique, notamment une rondelle ondulée. Cette rondelle de butée ou rondelle ondu25 lée forme un élément d'amortissement ayant des propriétés élastiques diminuant l'énergie du choc appliqué à l'induit ou au noyau polaire. La rondelle de butée peut être fixée soit à l'induit soit au noyau polaire. Le revêtement ou la rondelle de butée du côté de la face frontale à l'opposé de celui du siège de soupape peut également servir à 30 éviter un collage magnétique entre l'induit et la pièce voisine de cette surface frontale, en général le noyau polaire. De plus, un élément anti-usure en forme d'élément d'amortissement permet de réduire les bruits produits à l'ouverture de l'organe d'obturation de soupape formés par l'induit. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'une soupape à gaz munie d'un induit protégé contre l'usure, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de l'induit de la soupape à gaz de la figure 1, - la figure 3 montre une vue à échelle agrandie, schématisée, de la zone III de la figure 2, - la figure 4 est une coupe schématique d'un induit avec une variante de réalisation de soupape selon l'invention. Description des modes de réalisation La figure 1 montre une soupape à gaz 10 utilisée dans une pile à combustible ou dans un moteur à gaz d'un véhicule automobile et servant à réguler un débit d'hydrogène ou d'un gaz naturel sous pression (gaz CNG) passant du côté d'alimentation 11 au côté de sortie 12. La soupape à gaz 10 comprend un boîtier 13 en plusieurs 15 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 constitue le noyau polaire et sert d'appui pour un ressort spiral 17 assurant la précontrainte; le côté du ressort, à l'opposé du côté 20 d'entrée 11, est appuyé contre l'induit 18 guidé en coulissement axial dans le manchon de guidage 15. L'induit 18 comprend un moyen de fixation 19 essentiellement tubulaire avec un logement frontal 20 de forme cylindrique dans lequel est placé un organe d'obturation de soupape 21 en forme de pot. 25 L'organe d'obturation de soupape 21 est une pièce obtenue par emboutissage profond dont sa paroi latérale est munie d'orifices de sortie 22A, 22B, 22C dirigés essentiellement radialement et répartis à sa périphérie; cet organe d'obturation comporte également un orifice de sortie 23 axial prévu au milieu de son fond. Les orifices de sortie 22A, 22B, 22C, 23 relient le 30 volume intérieur 24 de l'organe d'obturation de soupape 21 à un volume à haute pression 25 délimité dans la direction radiale par le manchon de guidage 25. Le volume intérieur 24 délimité par l'organe d'obturation de soupape 21 est relié par un canal axial 26 du moyen de fixation 19 au côté d'entrée 11 de la soupape à gaz 10. L'organe d'obturation de soupape 21 de l'induit 18 coopère avec le siège de soupape 28 par l'intermédiaire de joints en élastomère 27; le siège de soupape est réalisé sur la plaque de fond servant de plaque de soupape d'une autre pièce en forme de pot 29 obtenue par emboutissage profond. La plaque de fond de la pièce en forme de pot 29 obtenue par emboutissage profond comporte des orifices en forme de buses 30A, 30B répartis sur un cercle. La figure 2 ne montre que deux tels orifices; ces orifices coopèrent chacun avec un joint en élastomère 27 pour que lorsque s l'organe d'obturation de soupape 21 est ouvert, une veine de gaz puisse passer de la chambre à haute pression 25 à travers les orifices en forme de buses 30A, 30B pour arriver du côté de sortie 12 de la soupape à gaz 10; lorsque l'organe d'obturation de soupape 21 est fermé, les orifices 30A, 30B sont fermés de manière étanche par les joints en élastomère 27. 10 La pièce en forme de pot 29 obtenue par emboutissage profond est bloquée à l'aide d'un moyen d'accrochage non représenté en détail dans le dessin, dans le manchon de guidage 15, et cela de façon qu'un bourrelet annulaire du manchon de guidage 15 pénètre dans une rainure annulaire usinée dans la périphérie de la paroi latérale de la pièce en 15 forme de pot 29 obtenue par emboutissage profond. La paroi latérale de la pièce 29 forme un silencieux 31 prévu en aval des orifices en forme de buses 30A, 30B dans la plaque de fond de la pièce 29 obtenue par emboutissage profond; ce silencieux est en outre muni d'un enrobage de matière plastique 32, injectée. Pour le guidage de l'induit 18 dans le manchon de guidage 15, son moyen de fixation 19 est muni de deux collerettes de guidage 33, 34 apparaissant plus clairement à la figure 2; parmi ces collerettes, la collerette de guidage 33 entoure radialement le segment d'extrémité du côté de l'entrée et l'autre collerette de guidage 34 entoure le segment du 25 côté de sortie du moyen de fixation 19. La collerette de guidage 34 du côté de la sortie a un diamètre plus faible que la collerette de guidage 33 du côté de l'entrée de sorte que la collerette de guidage 33 du côté de l'entrée se place dans une zone de manchon de guidage de diamètre plus grand que celui recevant la collerette de guidage 34 du côté de sortie. Le man30 chon de guidage 15 est ainsi de forme étagée. Comme le montre la figure 2, le moyen de fixation 19 présente dans sa zone opposée à la cavité 20, du côté extérieur, une couche anti-usure 35 en chrome. La couche de chrome 35 s'oppose à l'usure par friction de l'induit 18 dans la zone de la collerette de guidage 33 du côté 35 de l'entrée. Le côté frontal du moyen de fixation 19 à l'opposé de la cavité 20 présente une couche de chrome 35 structurée et cela de façon à avoir une structure gaufrée pour que les différents îlots 36 soient séparés les uns des autres par des gorges 37 comme cela apparaît à la figure 3. De plus, le moyen de fixation 19 est muni, au niveau de la collette 34, du côté de la sortie et de la couche de chrome 35, d'une cou5 che anti- usure contenant du carbone. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'un moyen de fixation 40 d'un induit. Dans ce mode de réalisation, pour des raisons de clarté, on a utilisé les mêmes références qu'à la figure 3 pour les éléments de même fonction. Cet induit est destiné à être utilisé dans 10 une soupape à gaz comme celle représentée à la figure 1 et comporte une cavité 20 pour recevoir un organe d'obturation de soupape. La zone de fixation 40 se distingue de celle de la figure 2 en ce que la face frontale, à l'opposé de la cavité 20, comporte en outre une rondelle de butée 41 en partie magnétique, qui est adjacente à la couche de chrome 35. La rondelle de butée 41 peut être une rondelle ondulée du commerce et sert à absorber l'énergie du choc contre la pièce correspondante lors de l'ouverture de l'induit. REVENDICATIONS 1 ) Soupape de commande d'un fluide, notamment pour commander un gaz, comprenant un boitier de soupape (13) recevant une unité d'actionnement électromagnétique (14) d'un induit (18) guidé en coulisse5 ment axial et coopérant avec un siège de soupape (28) pour commander le passage du fluide entre le côté d'entrée (11) et le côté de sortie (12) de la soupape, caractérisée en ce que la face frontale de l'induit (18) à l'opposé du siège de soupape (28) est mu10 nie d'une couche anti-usure (35, 41). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche anti-usure est un revêtement (35) de l'induit (18). 15 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le revêtement (35) est une couche de chrome et/ou une couche de sulfure de molybdène ou de carbone. 20 4 ) Soupape selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le revêtement (35) formant la couche anti-usure forme une surface de butée structurée. 5 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que la surface de butée structurée a une structure gaufrée. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche anti-usure comprend une rondelle de butée (41), notamment une rondelle ondulée, de préférence partiellement magnétique. 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que la rondelle de butée (41) est fixée à l'induit. 8 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que la rondelle de butée est fixée à un noyau polaire coopérant avec l'induit.