Brevet FR2872245A1 — publié le 20051230

Domaine de l'invention La présente invention concerne une électrovanne comportant un élément de soupape mobile dans la direction longitudinale dans un insert de vanne et coopérant avec un siège de soupape réalisé dans le corps de vanne, cet élément de soupape étant en position de montages sollicité par une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape, fourni par un dispositif de ressort installé entre le corps de vanne et l'insert de vanne, et cet élément de sou-pape étant actionné dans le sens de fermeture du siège de soupape par un actionneur électromagnétique, le dispositif de ressort étant guidé au niveau d'une surface d'appui dans la direction radiale contre l'élément de soupape. Etat de la technique Selon le document DE 100 36 576 Al on connaît une électrovanne (vanne à commande électromagnétique) utilisée notamment dans les installations ou systèmes de freins hydrauliques de véhicules automobiles. La vanne comporte un insert muni d'un perçage longitudinal. L'insert est relié solidairement à un chapeau. Le chapeau reçoit un induit mobile dans la direction longitudinale correspondant à la direction axiale de la vanne et cet induit coopère avec un poussoir de soupape guidé de manière mobile longitudinalement et également dans la direction axiale dans l'insert. La coopération entre l'induit et le poussoir de soupape ou l'élément de soupape est telle qu'un mouvement de l'induit dans la direction de fermeture du siège de soupape soit trans- mis au poussoir de soupape réalisé avec un organe d'obturation pour que la soupape soit fermée lorsque l'organe d'obturation vient contre le siège de soupape. Le poussoir de soupape est guidé sur toute la longueur du perçage longitudinal de l'insert de vanne avec un faible jeu axial et du côté de l'enveloppe il comporte au moins deux canaux séparés l'un de l'autre. Une chambre comportant la soupape à siège ou une chambre de la vanne est reliée par des canaux à des cavités logées dans le chapeau de la vanne de façon à faire communiquer les fluides et permettre à l'air résiduel du chapeau d'être évacué par les canaux. En outre, lorsque le courant est coupé, la vanne est maintenue en position ouverte par un dispositif à ressort ou un ressort de rappel; le dispositif à ressort réalisé sous la forme d'un ressort de rappel est intégré dans la chambre de soupape. Ce montage du disposi- tif à ressort garantit la simplicité de l'installation de la vanne. Le dispositif à ressort est exposé dans la chambre de soupape à des influences statiques et dynamiques, ce qui est gênant. Ces influences, engendrées par le fluide de fonctionnement qui traverse la chambre de soupape, détériorent le bon fonctionnement du dispositif de soupape, et sont entre autres occasionnées par l'écoulement du fluide dans la chambre de soupape et par les efforts de circulation et de contournement des fluides sur le ressort de compression, efforts qui, variant considérablement dans toute la plage de fonctionnement de la vanne, ne peuvent ainsi être prévus ou transformés en modèle que d'une manière très difficile. Il est en outre gênant que le dispositif à ressort soit installé en position indéfinie dans la chambre de soupape, dans la direction radiale, et dispose de telles tolérances et degrés de liberté de positionnement dans la chambre de soupape, que des différences de comportement de régulation et de commande entre des vannes de même construction, et même dans le cas d'une même vanne des états de fonctionnement différents apparaissent, ce qui n'est pas souhaitable. Pour les raisons énoncées ci-dessus, le fonctionnement ou le comportement de la vanne ne peut être maîtrisé que de manière très compliquée, et nécessite malheureusement des coûts élevés. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des vannes connues et se propose de supprimer ou du moins de réduire la détérioration du fonctionnement du dispositif à vanne par comparaison avec celui de l'état de la technique, pour obtenir une caractéristique de commande et de régulation souhaitée, susceptible d'être vérifiée de la vanne dans toute la plage de fonctionnement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une vanne du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que dans au moins une autre zone, entre sa zone d'appui contre l'élément de soupape et sa zone d'appui contre le corps de vanne 3 le dispositif de ressort est guidé dans la direction radiale contre l'insert de vanne. Ainsi, le dispositif à ressort est défini dans sa position ra- diale de préférence par une liaison de forme ou de force. On améliore le comportement de commande et de régulation en diminuant les degrés de liberté de la position du ressort et de la situation du ressort à l'intérieur de la vanne, vis-à-vis des vannes connues selon l'état de la technique dont les comportements de commande et de régulation va-rient de manière incontrôlable dans la plage de fonctionnement de la vanne. Ainsi, on réduit ou on exclut totalement les effets associés résultant des influences statiques et dynamiques, telles que par exemple la variation de force développée par le dispositif à ressort, du fait des rapports de longueur variables, de la fréquence propre ainsi que du comportement oscillant du dispositif à ressort, ou le débattement radial du dispositif et les effets sur les composants voisins du dispositif à ressort de la vanne. Le comportement en commande et régulation de la vanne est ainsi beaucoup plus simple et peut se prédéfinir de manière plus précise. Les moyens de commande et de régulation sont réduits. Suivant une autre caractéristique avantageuse le dispositif à ressort comporte un ressort hélicoïdal dont l'extrémité tournée vers le corps de vanne a un diamètre tel que le ressort hélicoïdals'applique dans la direction radiale au moins par zones contre le côté intérieur de l'insert de vanne délimitant la chambre de soupape et s'appuie dans la direction axiale contre le corps de vanne. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'insert de vanne comporte dans la zone de l'extrémité de ressort tournée vers le corps de vanne, une rainure annulaire dans laquelle pénètre l'extrémité de ressort. Suivant une autre caractéristique avantageuse le ressort hélicoïdal a au moins par zones une forme cylindrique et/ou conique, et/ou bombée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de trois exemples de réalisation d'une électro- vanne Muni d'un moyen de guidage du ressort représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de la vanne selon l'invention, - la figure 2 montre à échelle agrandie la partie II indiquée à la figure 1 - la figure 3 montre une vue de détaille du dispositif à ressort représenté à la figure 2 vu dans la direction Z, - la figure 4 montre la partie II indiquée à la figure 1 mais correspondant à un second mode de réalisation de la vanne selon l'invention, et - la figure 5 montre la partie II indiquée à la figure 1 mais correspondant à un troisième mode de réalisation d'une vanne selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'une électrovanne (vanne à commande électromagnétique) représentée en coupe longitudinale. La vanne comporte un élément de soupape guidé en mouvement longitudinal dans un insert de vanne et coopérant avec un siège de soupape 4 réalisé dans un corps de vanne. En position de montage, l'élément de soupape 5 est sollicité par un dispositif à ressort 6 avec une composante de force agissant dans la direction d'ouverture du siège de sou-pape 4. En outre, l'élément de soupape 5 est actionné dans le sens de la fermeture du siège de soupape 4 par un actionneur électromagnétique non détaillé. Une zone de l'élément de soupape 5 tournée vers le siège de soupape 4 est logée dans une chambre de soupape 7 délimitée par l'insert de vanne 2 dans la zone du siège de soupape; les dimensions de cette chambre sont soulignées par un rectangle en trait mixte à la figure 1. La zone de l'élément de soupape 5 associée à la chambre de soupape 7 comporte un secteur en forme de tronc de cône 5A suivi d'un premier secteur cylindrique 5B lui-même suivi d'un troisième secteur 5C terminant le premier secteur cylindrique 5B et ayant une forme de calotte sphérique. Le secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 coopère avec le siège de soupape 4 de forme conique pour que lorsque l'élément de soupape 5 s'appuie contre le siège de soupape 4, on réalise une étanchéité séparant la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 et sa zone de sortie 9 lorsque le siège de soupape 4 est fermé. La vanne 1 se compose principalement du module hydraulique lA représenté à la figure 1 et d'un module électrique non représenté, engagé sur le module hydraulique 1A. Le module électrique comporte une bobine avec un enroulement électrique et un disque d'étrier pour appliquer à l'induit 10 du module hydraulique lA comme actionneur électromagnétique, une force s'opposant à la force développée par le dispositif de ressort 6 et agissant dans la direction de fermeture du siège de soupape 4. L'induit 10 est guidé en mouvement longitudinal dans un chapeau de vanne 11 relié solidairement à l'insert de vanne 2 et l'induit délimite avec le chapeau 11 plusieurs canaux 12A reliant la chambre morte 13 de la vanne délimitée entre le chapeau 11 et l'extrémité de l'induit à l'opposé de celle du siège de soupape 4 par l'intermédiaire de rainures 12B réalisées dans l'élément de soupape ou poussoir 5 assurant la liaison avec la chambre de soupape 7. Lorsque l'alimentation électrique de la vanne est coupée, l'élément de soupape 5 est poussé par la force de ressort développée par le dispositif de ressort 6 dans la direction axiale, ce dispositif s'appliquant contre la face frontale 15 du corps de vanne 3, face tour-née vers l'élément de soupape 5 pour que celui-ci se soulève du siège de soupape 4 et soit poussé en direction du volume mort 13; l'induit 10 est ainsi déplacé par rapport à l'insert de vanne 2 dans la zone du volume mort 13 en étant poussé contre le chapeau de vanne 11 contre lequel il s'appuie. Dans cette position de l'élément de soupape 5 et de l'induit 10, le siège de soupape 4 est libéré de l'élément de soupape 5 ou du secteur 5C en forme de calotte sphérique de l'élément de soupape 5 de sorte que la zone d'alimentation 8 communique avec la zone de sortie 9. Dans cet état de la vanne 1, le fluide actif peut passer par la vanne 1; en d'autres termes partant de la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7, le fluide peut traverser le siège de soupape 4 et passer dans la zone de sortie 9 de la vanne pour arriver dans le système ABS (Système antiblocage), le Système TCS (Système de contrôle de traction) ou le système ESP (Programme de stabilisation électronique) reliés à la zone de sortie 9. Pour fermer le siège de soupape 4 on alimente le module électrique engagé sur le chapeau 11 de la vanne 1 pour qu'il génère une force électromagnétique faisant passer l'induit 10 de sa position représentée à la figure 1 en le déplaçant vers le siège de soupape 4 et appliquer le secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 de façon étanche contre le siège de soupape 4 du corps de soupape 6. Dans cet état de la vanne 1, la zone d'alimentation 8 est coupée de la zone de sortie 9 et le fluide actif ne peut traverser la vanne 1 si une différence de pression positive existe entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9. Selon la description ci-dessus, on a dans la vanne 1 une différence de pression positive entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9 si la pression de la zone d'alimentation 8 est supérieure à celle de la zone de sortie 9 de la vanne 1. Cela résulte du fait que la zone d'alimentation 8 est séparée de la zone de sortie 9 par un clapet d'arrêt 14 lorsque le siège de soupape 4 est fermé pour une différence de pression positive de la zone d'alimentation 8 par rapport à la zone de sortie 9; le clapet d'arrêt 14 s'ouvre en cas de différences de pression négatives, c'est-à-dire si la pression régnant dans la zone de sortie 9 est supérieure à celle de la zone d'alimentation 8. Dans le cas de la vanne 1 représentée à la figure 1, le dispositif à ressort 6 est prévu avec sa zone tournée vers le corps de vanne 3 dans la chambre de soupape 7 qui permet le passage du fluide actif ou du fluide de fonctionnement lorsque le siège de soupape 4 est ouvert, le passage se faisant à partir de la zone d'alimentation 8 en di-rection de la zone de sortie 9; dans le cas d'une vanne 1 appliquée à un système ABS de véhicules automobiles, le liquide est un liquide de frein. Cela signifie que le dispositif de ressort 6 comportant un ressort de pression de rappel est exposé du fait de son installation par- tielle dans la chambre de soupape 7 à la fois à des influences statiques et dynamiques engendrées par le passage du fluide actif. Ces influences découlent entre autres des spires de ressort se trouvant dans la chambre de soupape 7 et appartenant au ressort de pression de rappel du dispositif de ressort 6 soumis aux efforts fluidiques et de déviation; comme les conditions d'écoulement varient dans la plage de fonctionnement de la vanne et que l'écartement des spires varie de manière dynamique dans la plage de fonctionnement, les influences agissant sur le dispositif de ressort 6 ne sont pas connues. io Les figures 1 à 5 montrent différents exemples de réalisation de l'objet de l'invention. Dans ces exemples le dispositif de ressort est positionné par une liaison de forme et/ou de force dans sa situation radiale à l'intérieur de la vanne 1 de façon à réduire les degrés de liberté du dispositif à ressort 6 quant à sa position et sa situation dans l'insert de ressort 2. Ainsi, on exclut les effets liés, à la position du ressort ou celle de l'installation de ressort 6, de nature statique ou dynamique, comme par exemple la variation des efforts engendrés par les longueurs variables du dispositif à ressort, la fréquence propre, l'oscillation du dispositif de ressort, le débattement radial du dispositif de ressort et les effets sur des composants de la vanne 1, c'est-à-dire surtout de l'élément de soupape 5. Le fonctionnement de la vanne 1 et son comportement en régulation et en commande seront prédéfinis d'une manière beaucoup plus précise par comparaison à ce que réalisent des dispositifs de vanne connus selon l'état de la technique. Dans le cas du premier exemple de réalisation représenté à la figure 1 d'une vanne 1 selon l'invention, le dispositif de ressort 6 est constitué par un ressort de compression ou un ressort hélicoïdal 6A. Dans la zone d'appui du dispositif à ressort 6 contre le corps de vanne 3, son diamètre est tel que le ressort hélicoïdal 6A s'applique dans la direction radiale au moins par zone contre le côté intérieur 16 de l'insert de vanne 2 délimitant la chambre de soupape 7; dans la direction axiale l'appui se fait contre le corps de vanne 3. De plus, l'insert de vanne 2 comporte une rainure annulaire 17 dans la zone de l'extrémité de ressort 6B tournée vers le corps de vanne 3. Cette rainure annulaire reçoit l'extrémité 6B du dispositif à ressort 6. Par son extrémité opposée à celle du corps de vanne 3, le ressort hélicoïdal 6A s'applique contre la surface frontale 18 de l'élément de soupape 5 et dans sa zone d'appui contre l'élément de soupape 5 le ressort à un diamètre intérieur qui correspond au diamètre extérieur d'un autre segment cylindrique 5D de l'élément de soupape 5, si bien que l'installation de ressort 6 est guidée dans la direction radiale contre l'élément de soupape 5. En section transversale, le ressort hélicoïdal 6A du dispositif de ressort 6 a une forme de base conique et au niveau de son extrémité 6B pénétrant dans la rainure annulaire 17 il est guidé contre l'insert de vanne 2 dans la direction radiale; la surface d'appui axiale est la surface frontale 15 du corps de vanne 3. La position de la surface frontale 15 du corps de vanne 3 dans l'insert de vanne 2 est définie par rapport à la position de la rai- nure annulaire 17 de façon que le dispositif de ressort 6 même lorsque le siège de soupape 4 est ouvert ne se soulève pas de la surface frontale 15 du corps de vanne 3. D'autre part, à la fois la position et les dimensions de la rainure annulaire 17 sont prévues pour permettre un coulissement du corps de vanne 3 par rapport à l'insert de vanne 2 pour régler la course de la soupape de la vanne 1 sans détériorer la coopération prescrite entre la rainure annulaire 17 et le dispositif de ressort 6. La figure 2 montre de manière plus détaillée la partie caractérisée par la référence II à la figure 1; à l'aide de la représentation de la figure 2 on a donné le montage et les dimensionnements de la rai- nure 17 de l'insert de vanne 2 par rapport à la surface frontale 15 du corps de soupape 3 selon une vue de face à échelle agrandie. De plus, le dispositif de ressort 6 de la figure 3 est représenté vu dans la direction Z selon la figure 2. Dans cette direction apparaît la forme particulière du dispositif de ressort 6 avec ses extrémités de ressort déployées 6B et aussi la forme de base tronconique du ressort 6 apparaissant clairement. La représentation de la figure 3 montre notamment que le ressort hélicoïdal 6A n'est agrandi au diamètre nécessaire pour pénétrer dans la rainure annulaire 17 que dans la zone de la dernière spire du ressort tournée vers le corps de vanne 3; les autres spires du ressort simplement schématisées à la figure 3 sont représentées par trois quarts de cercle décrit par une spire du dispositif à ressort 6 et ces spires ne présentent que de faibles différences de diamètre. La figure 4 montre la zone II de la figure 1 selon un se- Gond mode de réalisation pour lequel le dispositif à ressort 6 a égale- ment la forme d'un ressort hélicoïdal 6A essentiellement conique. De plus, l'extrémité 6B du ressort hélicoïdal 6A tournée vers le corps de soupape 3 est également réalisée avec un diamètre plus grand que celui des autres spires du ressort hélicoïdal 6A. L'insert de vanne 2 est réalisé sans rainure annulaire par comparaison à l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, au niveau du corps de vanne 3 si bien que le ressort hélicoïdal 6A s'appuie par son extrémité de ressort 6B, développé uniquement contre la face intérieure 16 de la garniture de vanne 2. La zone de l'extrémité 6B du dispositif de ressort 6 a un diamètre tel qu'il existe entre le ressort hélicoïdal 6A et l'insert de vanne 2 une liaison de force qui lorsque le dispositif de ressort 6 se soulève de la surface frontale 15 de l'organe de vanne s'oppose au passage du fluide ou gêne celui-ci même lorsque le siège de soupape 4 est ouvert et que le fluide actif traverse la chambre de soupape 7. La figure 5 montre une variante de réalisation de l'exemple de la figure 4 pour une vanne selon l'invention. Dans cette vanne, le dispositif à ressort 6 a un ressort hélicoïdal 6A à section de forme bombée ou à section en tonneau. Un tel ressort hélicoïdal permet de guider le dispositif de ressort 6 entre sa zone d'appui contre l'élément de soupape 5 et sa zone d'appui contre le corps de vanne 3 dans l'insert de vanne 2, par un guidage dans la direction radiale. On peut ainsi fixer le dispositif de ressort 6 par rapport à son extension axiale, sensible-ment au milieu du ressort hélicoïdal 6A; le ressort est ainsi réalisé avec une forme symétrique et peut se monter simplement sans avoir à res- pecter de position de montage. La fixation du dispositif de ressort 6 par une liaison de force, périphérique comme représentée aux figures 4 et 5 dans l'insert de vanne 2 permet d'éviter toute influence sur le comportement vibrant, le bruit et le comportement de régulation de la vanne 1 en forme d'électrovanne, car la fixation par une liaison de force influence la résonance propre de l'installation de ressort. Il est également possible de guider le dispositif de ressort dans sa zone d'appui contre l'insert de vanne par un guidage dans la direction radiale comme cela est représenté aux figures 2 et 4; en plus, grâce à une forme bombée par zones du dispositif à ressort, on pourra également avoir entre les zones d'appui du dispositif à ressort et l'élément de soupape ainsi que le corps de vanne, un appui renforcé à d'autres endroits dans la direction radiale dans l'insert de vanne. REVENDICATIONS 1 ) Electrovanne (1) comportant un élément de soupape (5) mobile dans la direction longitudinale dans un insert de vanne (2) et coopérant avec un siège de soupape (4) réalisé dans le corps de vanne (3), cet élément de soupape étant en position de montages sollicité par une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape (4), fourni par un dispositif de ressort (6) installé entre le corps de vanne (3) et l'insert de vanne (2), et cet élément de soupape étant actionné dans le sens de fermeture du siège de soupape (4) par un actionneur électromagnétique, le dispositif de ressort (6) étant guidé au niveau d'une surface d'appui (18) dans la direction radiale contre l'élément de soupape (5), caractérisée en ce que dans au moins une autre zone, entre sa zone d'appui contre l'élément de soupape (5) et sa zone d'appui contre le corps de vanne 3 le dispositif de ressort (6) est guidé dans la direction radiale contre l'insert de vanne (2) 2 ) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif à ressort (6) comporte un ressort hélicoïdal (6A) dont l'extrémité (6B) tournée vers le corps de vanne (3) a un diamètre tel que le ressort hélicoïdal (6A) s'applique dans la direction radiale au moins par zones contre le côté intérieur (16) de l'insert de vanne (2) délimitant la chambre de soupape (7) et s'appuie dans la direction axiale contre le corps de vanne (3). 3 ) Vanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'insert de vanne (2) comporte dans la zone de l'extrémité de ressort (6B) tournée vers le corps de vanne (3), une rainure annulaire (17) dans laquelle pénètre l'extrémité de ressort (6B). 4 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6A) a au moins par zones une forme cylindrique. 5 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6B) a au moins par zones une forme conique. 6 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6A) a au moins par zones une forme bombée.