Brevet FR2855585A1 — publié le 20041203

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 d'un induit de soupape au moins tubulaire par 5 zone et guidé axialement en coulissement, ainsi qu'un organe d'obturation de soupape qui commande le passage du fluide entre un côté d'entrée et un côté de sortie en coopérant avec un siège de soupape, au moins un organe d'étranglement de sortie étant prévu entre le siège de soupape et le côté de sortie. On connaît une telle soupape utilisée par exemple comme soupape de commande de gaz dans une pile à combustible ou un moteur à gaz. Etat de la technique Une soupape connue correspondant au type défini ci15 dessus comprend un boîtier logeant une unité d'actionnement électromagnétique d'un induit. L'induit est guidé en coulissement axial et comporte un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape pour commander le passage de fluide entre un côté d'entrée et un côté de sortie de la soupape. Entre le siège de soupape et le côté de sortie de la 20 soupape il y a un organe d'étranglement de sortie qui définit la quantité de fluide dosable. En particulier, pour de faibles quantités de fluides à doser, il est difficile actuellement d'assurer un dosage précis. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon25 vénients et concerne à cet effet une soupape de commande de fluide du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement de sortie a une section d'étranglement variable. Cette soupape a l'avantage vis-à-vis de la soupape de l'état de la technique de permettre de définir le dosage du fluide en comman30 dant de manière cadencée l'organe d'obturation de la soupape et d'autre part en modifiant la section d'étranglement. Vis-à-vis de l'état de la technique rappelé ci-dessus, la soupape selon l'invention permet d'étendre de manière significative le champ d'application de la soupape. La quantité de fluide maximale à doser est définie par la section d'étranglement réglée à 35 chaque fois si bien qu'en commandant par cadence l'organe d'obturation de la soupape et avec la section d'étranglement réglée on peut réaliser un réglage fin de la quantité de fluide à doser. Cela permet de travailler toujours avec une commande en cadence optimisée ou une durée de commutation optimisée de la soupape. En particulier on peut doser de faibles quantités de fluide par la section d'étranglement variable avec une précision significativement plus grande. La soupape selon l'invention convient en particulier pour 5 réguler des flux massiques de gaz tels que l'hydrogène ou du gaz naturel et peut s'appliquer par exemple à une pile à combustible ou à un moteur à gaz comme soupape d'injection de gaz. La soupape selon l'invention est conçue avantageusement comme soupape de dosage de gaz commandée en cadence. Selon un mode de réalisation avantageux, la soupape selon l'invention comporte un organe d'étranglement de sortie muni d'un diaphragme. Ce diaphragme peut être modifié en diamètre de manière discrète ou continue. Un diaphragme offrant une grande stabilité mécanique est 15 par exemple un diaphragme interchangeable associé de préférence à un mécanisme changeur. Cela permet par exemple d'utiliser une plaque avec des diaphragmes de différents diamètres et que l'on place en fonction du diamètre de diaphragme à régler dans l'organe d'étranglement de sortie. Cela peut se faire à l'aide d'un moteur d'actionneur ou d'un électroaimant. 20 On peut également envisager de faire coopérer le diaphragme interchangeable avec un magasin comportant une série de diaphragmes avec des diamètres différents. Selon une variante de réalisation de la soupape selon l'invention, le diaphragme est réglable en continu et il peut être constitué 25 par un diaphragme en iris formé par un grand nombre de lamelles. Le diaphragme peut également être réalisé en une matière déformable élastiquement coopérant avec un moyen de réglage approprié. Selon un mode de réalisation particulièrement simple de la soupape selon l'invention, le diaphragme est réalisé par un anneau déformable élastiquement et dont 30 on règle la pression intérieure par un moyen pneumatique ou hydraulique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de trois exemples de réalisation représentés schémati35 quement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'une soupape de commande d'un gaz comportant un organe d'étranglement de sortie à section réglable, - la figure 2 montre un diagramme qualitatif représentant la plage de travail de la soupape de la figure 1, - la figure 3 montre une coupe longitudinale simplifiée d'une soupape avec un diaphragme interchangeable, - la figure 4 est une coupe longitudinale d'une soupape à section d'étranglement réglable en continu, - la figure 5 montre la soupape de la figure 4 dont la section d'étranglement a été augmentée par rapport à celle de la figure 4. Description des modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'une soupape à gaz 10 permettant de réguler un flux d'hydrogène ou d'un gaz naturel entre un côté d'entrée 11 et un côté de sortie 12 applicable à une pile à combustible ou à un moteur à gaz. La soupape à gaz 10 comprend un boîtier 13 ayant une 15 zone tubulaire 14 guidant un induit de soupape 15 suivant un coulissement axial. Cet induit est essentiellement de forme tubulaire. L'induit 15 comprend un organe d'obturation de soupape 16 coopérant avec un siège de soupape 18 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 17 en élastomère. En position de fermeture, le joint d'étanchéité en élastomère 17 sé20 pare une chambre de pression 19 d'une chambre d'étranglement 20 de forme cylindrique. L'induit 15 comporte des perçages radiaux 21 de sortie allant d'une chambre intérieure 22 de l'induit 15 relié au côté d'entrée 11 à la chambre de pression 19 délimitée par l'induit 15 et le boîtier 13 de la 25 soupape. Dans la réalisation représentée, on a chaque fois quatre perçages de sortie 21 répartis régulièrement dans la direction périphérique, ces perçages étant répartis dans l'une des deux rangées décalées axialement. En variante, l'induit pourrait n'avoir qu'une rangée de perçages de sortie ou avoir plus de deux rangées de perçages de sortie. L'induit de soupape 15 comporte une collerette de guidage non représentée ici dans la zone opposée à celle de l'organe d'obturation de soupape 16 pour le guidage. Cette collerette de guidage coopère avec la paroi de la zone tubulaire 14 du boîtier de soupape 13. De plus, l'induit de soupape 15 comporte un second moyen de guidage 23 pour assurer son 35 guidage. Ce second moyen de guidage est décalé par rapport à la collerette de guidage, dans la direction axiale; il est réalisé sous la forme d'un ressort-lame serré entre l'induit 15 et le boîtier 13 de la soupape. Le ressort- lame 23 est en amont des perçages de sortie 21 radiaux de l'induit de soupape 15. En aval de la chambre d'étranglement 20 on a un organe d'étranglement de sortie 24 aboutissant à une chambre d'amortissement 5 25 d'un tube d'amortissement 26 associé au boîtier de soupape 13. Ce tube d'amortissement ou silencieux est relié au côté de sortie 12 de la soupape 10. L'organe d'étranglement de sortie 24 a un diamètre D réglable. Le diamètre D qui définit la section d'étranglement fixe la quantité 10 maximale de gaz à doser. L'organe d'étranglement de sortie 24 a une longueur LD dont l'ordre de grandeur correspond sensiblement à l'ordre de grandeur du diamètre D. La figure 2 montre, sous la forme d'un diagramme, la quantité de gaz en fonction de la durée de branchement sous la forme de 15 courbes caractéristiques de la soupape de gaz 10 de la figure 1. Pour cette soupape on a cinq diamètres d'étranglement D 1-D5, différents. Le diamètre D1 correspond à la plus grande section d'étranglement et le diamètre d'étranglement D5 correspond à la plus petite section d'étranglement. Les lignes en trait interrompu qui limitent les courbes caractéristiques et qui 20 sont associées aux courbes caractéristiques des diamètres d'étranglement D 1 et D5 délimitent la zone active de la soupape à gaz 10 permise par la section d'étranglement variable. Les éventuelles déviations des caractéristiques de la soupape à gaz 10 sont minimisées par la section d'étranglement variable car on travaille toujours avec une cadence opti25 male ou une durée d'excitation optimale de la soupape. Cela permet de doser avec une plus grande précision des quantités plus faibles. La figure 3 montre d'une manière fortement schématisée une soupape à gaz 30 qui correspond pour l'essentiel à la structure de la soupape à gaz représentée à la figure 1. La soupape à gaz 30 comprend un 30 boîtier de soupape 13 ainsi qu'un induit de soupape 15 dont la face frontale forme un organe d'obturation de soupape 16. Cet organe coopère par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité en élastomère 17 avec un siège de soupape 18. Une chambre d'étranglement 20 est prévue en aval de la soupape 17 et en aval de celle-ci il y a un diaphragme interchangeable 31 35 constituant un organe d'étranglement de sortie aboutissant au côté de sortie de la soupape 30. Le diaphragme interchangeable 31, qui fixe une première section d'étranglement, est réalisé dans une plaque d'étranglement 32 comportant un second diaphragme 33 à côté du diaphragme 31. Ce second diaphragme a un diamètre plus grand que le diaphragme 31 et définit ainsi une seconde section d'étranglement. A l'aide d'un moteur d'actionneur non détaillé ici on peut glisser la plaque d'étranglement 32 et 5 placer ainsi le diaphragme 33 à l'endroit du diaphragme 31. Cela permet de modifier de manière discrète la section de l'organe d'étranglement de sortie. Les figures 4 et 5 montrent une variante de réalisation d'une soupape à gaz 40 selon l'invention. La structure de cette variante 1o correspond pour l'essentiel à celle de la soupape à gaz de la figure 3; elle se distingue de cette première réalisation par un organe d'étranglement de sortie 41 permettant d'avoir une section d'étranglement variable de façon continue. La section d'étranglement variable est constituée par un diaphragme formé d'un anneau 42 déformable élastiquement, ayant un vo15 lume intérieur 43; la pression régnant dans le volume intérieur 43 se règle de manière hydraulique. L'anneau 42 a ainsi une section variable et par suite un diamètre intérieur variable. Le diamètre intérieur fixe la section d'étranglement. La figure 4 montre l'anneau 42 déformable élastiquement 20 avec une section de diaphragme réduite; pour cela on augmente la pression régnant dans le volume intérieur 43. Dans l'état représenté à la figure 5, l'anneau 42 déformable élastiquement constitue un diaphragme de section augmentée, la pression dans le volume intérieur étant alors diminuée. REVENDICATIONS 1 ) Soupape de commande d'un fluide, notamment pour commander un gaz, comprenant un boîtier (13), une unité d'actionnement d'un induit de soupape (15) au moins tubulaire par zone et guidé axialement en coulis5 sement, ainsi qu'un organe d'obturation de soupape (16) qui commande le passage du fluide entre un côté d'entrée (11) et un côté de sortie (12) en coopérant avec un siège de soupape (18), au moins un organe d'étranglement de sortie (24, 31, 41) étant prévu entre le siège de soupape (18) et le côté de sortie (12), 10 caractérisée en ce que l'organe d'étranglement de sortie (24, 31, 41) a une section d'étranglement variable. 2 ) Soupape selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que l'organe d'étranglement de sortie (24, 31, 41) comprend un diaphragme. 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diaphragme (31, 32) est un diaphragme interchangeable. 4 ) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que le diaphragme interchangeable (31, 32) est relié à un mécanisme de chan25 gement comprenant notamment un moteur d'actionneur et/ou un électroaimant. 5 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diaphragme est un diaphragme à iris. 6 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diaphragme (42) est réalisé en une matière déformable élastiquement. 35 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que le diaphragme (42) est formé d'un anneau déformable élastiquement et dont on règle la pression intérieure de manière pneumatique ou hydraulique.