Brevet FR2855231A1 — 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, une unité d'actionnement électromagnétique pour un induit 5 guidé de façon à coulisser axialement et coopérant avec un siège de soupape pour commander le passage d'un fluide du côté d'entrée vers le côté de sortie de la soupape. Etat de la technique On connaît une telle soupape en pratique; elle sert par 10 exemple de soupape de commande de gaz dans le cas d'une pile à combustible ou d'un moteur à gaz. Une soupape connue du type défini ci-dessus est équipée d'un boîtier de soupape recevant une unité de commande électromagnétique pour l'induit guidé en coulissement axial. L'induit est réalisé comme 15 organe d'obturation de soupape et coopère avec un siège de soupape pour commander le passage de fluide entre un côté d'entrée et un côté de sortie de la soupape. Le siège de soupape peut être un siège plat avantageux pour servir à commander un gaz naturel sec, par rapport au siège sphéri20 que ou siège à bille, connus, à cause de section plus grande pour une force pneumatique plus faible et du point de vue de l'étanchéité, de la fiabilité d'un fonctionnement prolongé, de l'usure et du fonctionnement silencieux. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape de commande d'un fluide du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que l'induit comprend comme pièce séparée, un organe d'obturation de soupape fixé dans un logement frontal d'un moyen de fixation de l'induit. Cette soupape a l'avantage que la zone de l'induit qui coo30 père avec le siège de soupape soit réalisée avec une forme optimisée, indépendamment de la zone de fixation de l'induit qui doit être nécessairement réalisée en une matière à aimantation douce; d'une part, du point de vue de sa face frontale, celle-ci coopère avec un siège de soupape, de préférence réalisé comme siège plat, et, d'autre part, du point de vue des orifi35 ces de sortie dirigés essentiellement dans la direction radiale et le cas échéant également dans la direction axiale de l'organe d'obturation de soupape, ceux-ci permettent au fluide de passer du volume intérieur de l'organe d'obturation de soupape, relié au côté d'entrée de la soupape, dans une chambre à haute pression délimitant radialement ou axialement l'organe d'obturation de soupape. A l'ouverture de l'organe d'obturation de soupape, le fluide passe de la chambre à haute pression par exemple à travers des orifices en forme de buses d'une plaque de soupape vers le côté de sortie de la soupape. La soupape selon l'invention convient notamment pour réguler le débit massique de gaz tel que l'hydrogène et le gaz naturel; elle peut s'utiliser par exemple pour des piles à combustible ou des moteurs à gaz. Selon un mode de réalisation préférentiel de la soupape de l'invention, l'organe d'obturation de la soupape est réalisé sous la forme d'une pièce obtenue par emboutissage profond munie d'orifices de sortie. Une telle pièce obtenue par emboutissage profond se réalise de manière simple à partir d'un flanc de tôle et se monte dans le logement frontal de 15 la zone de fixation de l'induit. Les orifices de sortie sont avantageusement découpés dans la tôle avant que celle-ci ne subisse l'emboutissage profond. En variante, l'organe d'obturation de l'induit peut également être en matière pleine munie de perçages de sortie. Un tel organe 20 d'obturation peut être une pièce fabriquée au tour, logée dans la zone de fixation de l'induit et ayant également un volume intérieur d'o partent des perçages de sortie conduisant à la chambre à haute pression entourant l'organe d'obturation de soupape et délimitée habituellement par le manchon de guidage de l'induit. Pour réduire l'énergie du choc agissant sur l'organe d'obturation lors de la fermeture de la soupape et diminuer ainsi l'usure du siège de soupape et de l'organe d'obturation, cet organe peut comporter au niveau de son extrémité frontale libre, un moyen d'amortissement constitué de préférence par une pièce en tôle. Cette pièce en tôle peut être 30 réalisée en une seule pièce avec l'organe d'obturation de soupape si ce dernier est obtenu par emboutissage profond; mais il peut également s'agir d'une pièce distincte fixée par exemple à un joint en élastomère prévu sur l'extrémité frontale libre de l'organe d'obturation de soupape. L'organe d'obturation de soupape comporte, au niveau de 35 sa face frontale libre, de préférence au moins un joint en élastomère. Celui-ci est par exemple sous la forme d'un anneau d'étanchéité en élastomère qui, en position de fermeture de l'organe d'obturation de soupape, ferme de manière étanche plusieurs buses de la plaque de soupape réali- sée sous la forme d'une plaque à orifices d'éjection. En variante, pour chacune des buses conduisant au côté de sortie de la soupape, on peut prévoir une rondelle d'étanchéité en élastomère, indépendante. Ces rondelles d'étanchéité en élastomère sont de préférence réparties suivant un cercle qui correspond au cercle le long duquel sont réparties les buses. De plus, I'organe d'obturation de soupape peut comporter une collerette de guidage pour l'induit. Cette collerette de guidage aura un diamètre plus faible qu'une seconde collerette de guidage de l'induit dans le cas d'un manchon de guidage étagé; il peut s'agir un anneau pressé 10 sur l'organe d'obturation de soupape. La surface périphérique de l'anneau forme dans ce cas une surface de guidage coopérant avec le manchon de guidage de l'induit. En variante, on peut également prévoir deux collerettes de guidage au niveau de la zone de fixation de l'induit; ces deux collerettes 15 de guidage auront, dans le cas d'un manchon de guidage étagé, un diamètre différent; dans le cas d'un manchon de guidage non étagé ces collerettes auront le même diamètre. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 20 détaillée à l'aide de six modes de réalisation d'une soupape selon l'invention représentée de manière schématique simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une soupape à gaz équipée d'un induit en deux parties, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de l'induit de la soupape de la figure 1, - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation d'un induit, - la figure 4 est une vue d'un organe d'obturation de soupape de l'induit 30 selon la flèche IV de la figure 3, - la figure 5 est une coupe d'un organe d'obturation de soupape d'un induit muni d'une installation d'amortissement, - la figure 6 est une vue de l'organe d'obturation de soupape selon la flèche VI de la figure 5, - la figure 7 est une coupe d'une variante de réalisation d'un organe d'obturation de soupape, - la figure 8 est une vue de dessus de l'organe d'obturation de soupape selon la flèche VIII de la figure 7, - la figure 9 est une vue correspondant à celle de la figure 8 d'un organe d'obturation de soupape avec une variante d'élément d'étanchéité, - la figure 10 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'un induit. Description de modes de réalisation La figure 1 montre une soupape à gaz 10 destinée à une pile à combustible ou à un moteur à gaz et servant à réguler le fluide hydrogène ou le flux d'un gaz naturel comprimé (gaz CNG) entre le côté d'arrivée 11 et le côté de sortie 12. La soupape 10 a un boîtier 13 en plusieurs parties recevant une bobine électromagnétique 14 entourant un manchon de guidage 15 obtenu par emboutissage profond. Le manchon de guidage 15 reçoit un bouchon 16 essentiellement tubulaire, bloqué en place. Ce bouchon sert à fixer un ressort spiral 17 fonctionnant comme ressort de précontrainte et 15 dont la face frontale porte solidairement un induit 18. L'induit 18, représenté seul à la figure 2, comprend une installation de fixation 19 essentiellement tubulaire avec un logement frontal 20 de forme cylindrique dans laquelle est placé un organe d'obturation de soupape 21 en forme de pot. L'organe d'obturation de 20 soupape 21 est une pièce obtenue par emboutissage profond dont la paroi frontale comporte des orifices de sortie 22 dirigés essentiellement radialement et répartis à sa périphérie ainsi qu'un orifice de sortie 23 axial prévu au milieu de son fond. Les orifices de sortie 22, 23 relient le volume intérieur 24 de l'organe d'obturation de soupape 21 à une chambre à haute 25 pression 25 délimitée dans la direction radiale par le manchon de guidage 15. Le volume intérieur 24 délimité par l'organe d'obturation de soupape 21 est relié au côté de sortie 11 de la soupape de gaz 10 par un canal axial 26. L'organe d'obturation de soupape 21 de l'induit 18 coopère 30 par des joints en élastomère 27 avec un siège de soupape 28 réalisé sur la plaque de fond d'une autre pièce 29 en forme de pot obtenue par emboutissage profond et servant de plaque de soupape. La plaque de fond de la pièce d'emboutissage profond 29 en forme de pot comporte des orifices 30 en forme de buses répartis suivant un cercle. Ainsi, lorsque l'organe 35 d'obturation de soupape 21 est ouvert, un flux de gaz peut passer de la chambre à haute pression 25 à travers les orifices 30 vers le côté de sortie 12 de la soupape à gaz 10. Les orifices 30 de la plaque de fond de la pièce 29 obtenue par emboutissage profond sont suivis par un silencieux 31, tubulaire, constitué par la paroi latérale de la pièce 29 obtenue par emboutissage profond. Pour mieux amortir le bruit, le silencieux 31 est en outre muni d'un enrobage de matière plastique injectée 32. L'induit 18 est guidé en coulissement par l'intermédiaire de deux collerettes de guidage 33, 34 dans le manchon de guidage 15. La collerette de guidage 33 fait corps avec le moyen de fixation 19 et la collerette de guidage 34 est formée par un anneau pressé sur la périphérie de i0 l'organe d'obturation 21. Dans le cas présent, les collerettes de guidage 33, 34 ont le même diamètre. On peut également envisager de donner à la collerette de guidage 34 un diamètre plus faible que celui de la collerette de guidage 33 ce qui est intéressant en particulier si l'on utilise l'induit magnétique avec 15 un manchon de guidage de forme étagée. Dans ce cas, la collerette de guidage est guidée par son plus grand diamètre dans la zone de plus grand diamètre du manchon de guidage et la collerette de guidage plus réduit est guidée dans la zone de diamètre plus réduit du manchon de guidage. Les figures 3 et 4 montrent une variante de réalisation d'un 20 induit magnétique 30 comprenant un moyen de fixation 19 avec un logement frontal 20 dans lequel est installé un organe d'obturation de soupape 21 comme celui représenté à la figure 2. L'induit 40 correspond pour l'essentiel à l'induit de la figure 2 en s'en distinguant toutefois en ce que le moyen de fixation 19 comporte deux collerettes de guidage 33, 34; la col25 lerette de guidage 34 a un diamètre plus petit que celui de la collerette de guidage 33 de sorte que l'induit 40 convient pour un manchon de guidage étagé. Selon la figure 4, l'organe d'obturation de soupape 21 comporte du côté frontal un joint en élastomère 27 réparti suivant un cercle; 30 ces joints coopèrent chacun avec un orifice 30 de la plaque de fond de la pièce 29 obtenue par emboutissage profond et constituant une plaque de soupape. Les figures 5 et 6 montrent une autre variante de réalisation d'un organe d'obturation de soupape 50 qui se place dans la cavité 35 frontale d'une installation de fixation d'un induit du type de celui représenté aux figures 2 et 3. L'organe d'obturation de soupape 50 est une pièce obtenue par emboutissage profond; cette pièce a une forme de pot et comporte des orifices de sortie 22 latéraux ainsi que du côté frontal quatre orifices de sortie 51 de forme lenticulaire; ces orifices sont réalisés par emboutissage. Les orifices de sortie 51, lenticulaires, sont prévus dans une zone 52 en forme de coupelle faisant corps avec la pièce 21 obtenue par emboutissage profond et servant de moyen d'amortissement lorsque l'induit rencontre le siège de soupape. Les figures 7 et 8 montrent un autre mode de réalisation d'un organe d'obturation de soupape 60 destiné à être installé dans la cavité frontale d'un moyen de fixation d'un induit du type de celui représenté aux figures 2 et 3. L'organe d'obturation de soupape 60 se distingue de celui des figures 5 et 6 en ce qu'il comporte une rondelle d'amortissement 61 en forme d'assiette ou de coupelle. Cette rondelle d'amortissement constitue un moyen d'amortissement lorsque l'induit frappe le siège de soupape correspondant. Cet organe d'amortissement est une pièce séparée. La fixation 15 de la rondelle d'amortissement 61 à l'organe d'obturation de soupape 60 se fait par intégration dans des joints en élastomère 27 injectés sur la face frontale de l'organe d'obturation de soupape 60. En fonction de la direction d'amortissement de l'organe d'obturation de soupape selon les figures 5 et 6, la rondelle ou disque d'amortissement 61 comporte des orifices 51 20 lenticulaires; ces orifices sont délimités du côté intérieur par une zone cruciforme de la rondelle d'amortissement 61. En amont de la rondelle d'amortissement il y a un orifice de sortie 23 dans l'organe d'obturation de soupape 60. La figure 9 montre un autre mode de réalisation d'un or25 gane d'obturation de soupape 65 qui correspond pour l'essentiel à celui des figures 7 et 8 en s'en distinguant toutefois par un anneau d'étanchéité 66 en élastomère à la place des rondelles d'étanchéité circulaires; cet anneau couvre tous les orifices de la plaque de fond servant de plaque de soupape dans une soupape du type de celle représentée à la figure 1 pour 30 en assurer l'étanchéité. La figure 10 montre un induit 70 ayant comme le mode de réalisation de la figure 3, comme installation de fixation 19, une zone tubulaire avec un logement frontal 20 et deux collerettes de guidage 33, 34 de diamètres différents. Le logement frontal 20 du moyen de fixation 19 reçoit un organe d'obturation de soupape 71 métallique, plein; cet organe d'obturation de soupape est muni d'un perçage de sortie 72 débouchant dans la face frontale et de quatre perçages de sortie 73 aboutissant à la périphérie de l'organe d'obturation 71. Du côté frontal, l'organe d'obturation de soupape 71 comporte des joints en élastomère 27 comme l'organe d'obturation de soupape des figures 3 et 4; ces joints d'élastomère sont répartis suivant un cercle et en position de fermeture de l'induit 70 chaque organe d'obturation ferme de manière étanche un orifice de la plaque de soupape conduisant du côté de sortie de la soupape correspondante. Le fonctionnement de l'organe d'obturation de soupape 71 correspond au fonctionnement de l'organe d'obturation de soupape de 10 l'induit de la figure 3. REVENDICATIONS 1 ) Soupape de commande d'un fluide, notamment pour commander un gaz, comprenant un boîtier de soupape (13), une unité d'actionnement électromagnétique (14) pour un induit (18, 40, 70) guidé de façon à coulis5 ser axialement et coopérant avec un siège de soupape (21) pour commander le passage d'un fluide du côté d'entrée (11) vers le côté de sortie (12) de la soupape, caractérisée en ce que l'induit (18, 40, 70) comprend comme pièce séparée, un organe 10 d'obturation de soupape (21, 50, 60, 65, 71) fixé dans un logement frontal (20) d'un moyen de fixation (19) de l'induit (18, 40, 70). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (21, 50, 60, 65) est une pièce obtenue par emboutissage profond et munie d'orifices de sortie (22, 23). 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (71) est réalisé en matière pleine munie de perçages de sortie (72, 73). 4 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (50, 60, 65) comporte, sur sa face frontale libre, une installation d'amortissement (52, 61) de préférence réalisée en tôle. 5 ) Soupape selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (21, 60, 65, 71) comporte au moins un joint en élastomère (27, 66) sur son côté frontal libre. 6 ) Soupape selon la revendication 1, 35 caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (21) comporte au moins une collerette de guidage (34) pour l'induit (18). 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que la collerette de guidage (34) est formée par un anneau pressé sur l'organe d'obturation de soupape (21).