Brevet FR2872242A1 — publié le 20051230

Domaine de l'invention La présente invention concerne une électrovanne comportant un élément de soupape mobile longitudinalement dans un in-sert de vanne et coopérant avec un siège de soupape réalisé dans le corps de vanne et qui, en position installée, est sollicité par un dispositif à ressort avec une composante de force agissant dans la direction d'ouverture du siège de soupape en étant actionné dans le sens de fermeture du siège de soupape par un actionneur électromagnétique, et dont au moins une partie de l'élément de soupape est logée dans une chambre de soupape élimitée par l'insert de vanne dans la zone du siège de soupape et une extrémité de l'élément de soupape opposée à la chambre de soupape coopère avec un induit Etat de la technique Selon le document DE 100 36 576 Al on connaît une électrovanne ou vanne à commande électromagnétique utilisée notamment dans les installations ou systèmes de freins hydrauliques de véhicules automobiles. La vanne ou dispositif de vanne comporte un garniture de vanne muni d'un perçage longitudinal relié solidairement à un chapeau de vanne. Le chapeau de vanne reçoit un induit mobile lon- gitudinalement dans la direction axiale de la vanne. L'induit coopère avec un poussoir de soupape également guidé de manière mobile dans la direction longitudinale dans la garniture de vanne. La coopération entre l'induit et le poussoir de soupape ou élément de soupape est telle que tout mouvement en biais dans la direction de fermeture du siège de soupape est transmis au poussoir de soupape muni d'un organe d'obturation de façon à fermer le siège de soupape lorsque l'organe d'obturation s'applique contre le siège de soupape. L'élément de soupape est guidé avec un faible jeu radial dans le perçage longitudinal de la garniture de vanne; du côté périphé- rique ou de l'enveloppe il est muni d'au moins deux canaux séparés l'un de l'autre. Une chambre de soupape logeant le siège de soupape de la vanne est reliée aux cavités du chapeau de vanne par des canaux per- mettant la mise en communication des fluides pour refouler l'air qui subsiste dans le chapeau de vanne en passant par les canaux. En outre, le dispositif de vanne coupé du courant est maintenu en position ouverte par une installation de ressort (ou ressort de rappel) constituée par un ressort de compression loge dans la chambre de soupape. Ce montage de l'installation de ressort garantit la sim- plicité du montage de la vanne. En actionnant le dispositif de vanne ouvert lorsque le courant est coupé, on déplace l'induit avec l'élément de soupape. Entre les cavités délimitées du côté opposé à l'élément de soupape par le chapeau de vanne et l'induit et dans la zone d'appui de l'induit contre l'élément de soupape, par l'induit, l'élément de soupape, le chapeau de vanne et la garniture de vanne, on aura un équilibrage de volume et de pression pour le fluide actif qui circule à l'intérieur de la vanne pendant le fonctionnement. Le passage du fluide se traduit par des états de fonction- nement défavorables de la vanne dans la zone des surfaces frontales en regard de l'induit et de la garniture de vanne se traduisant par un mouvement gênant de l'induit et par suite également de l'élément de sou- pape en direction du siège de soupape; ce mouvement résulte de l'effet produit dans la zone comprise entre les surfaces frontales de l'induit et de la garniture de vanne et correspondent au paradoxe hydrodynamique. Ce mouvement gênant de l'induit et de l'élément de vanne en direction du siège de soupape se traduit pendant le fonctionnement de la vanne par un changement de position incontrôlable de l'induit et aussi de l'élément de vanne ce qui entraîne le cas échéant une modification gênante de la section de passage de la vanne dans la zone du siège de soupape; cela ne permet qu'une vérification difficile de la caractéristique de commande et de régulation de la vanne. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une vanne qui évite pendant son fonctionnement toute modification gênante et incontrôlable de l'induit ou de l'élément de soupape par rapport au siège de soupape avec des moyens simples. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une vanne du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que la surface frontale de l'induit tournée vers l'insert de vanne et/ou la surface frontale de l'insert de vanne tournée vers la surface frontale de l'induit ont un profil de surface tel que la section d'écoulement délimitée par les surfaces frontales, prise dans la direction radiale et/ou dans la direction périphérique de l'induit varie au moins par zones. Cela signifie que la surface frontale de l'induit et/ou celle de l'insert de vanne sont modifiées par rapport aux vannes connues se- lon l'état de la technique, de façon à ne pas avoir d'écartement régulier entre la surface frontale de l'induit et celle de la garniture de vanne sur tout le diamètre de l'induit; on évite ainsi les conditions faisant naître l'effet de paradoxe hydrodynamique. De façon avantageuse ni la position de l'induit ni celle de l'élément de soupape ne seront modifiées par rapport au siège de soupape par des effets gênants à l'intérieur de la vanne, ce qui permet de contrôler dans les limites requises, la position de l'induit et celle de la garniture de vanne pour permettre un fonctionnement sans défaut de la vanne. Avantageusement si la surface frontale de l'induit et/ou la surface frontale de l'insert de vanne comportent des rainures circulaires, dans la direction périphérique de l'induit, les rainures sont concentriques et écartées les unes des autres dans la direction radiale et/ou les rainures s'étendent au moins par segment sur toute la périphérie de l'induit. De préférence la surface frontale de l'induit et/ou la sur-face frontale de la garniture de vanne comportent au moins une rainure radiale dirigée dans la direction radiale de l'induit. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des deux exemples de réalisation de l'objet de l'invention représentés schématiquement de manière simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une vanne, - la figure 2 est une vue de détail tridimensionnelle schématique de l'induit de la vanne de la figure 1, - la figure 3 montre une variante de réalisation d'un induit de la vanne selon la figure 1 dans sa représentation selon la figure 2. Description des modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'une vanne 1 à commande électromagnétique représentée en coupe longitudinale. La vanne 1 comporte un élément de soupape logé de manière mobile longitudinalement dans une garniture de vanne 2 et coopérant avec un siège de soupape 4 réalisé dans le corps de vanne 3. En position de montage, l'élément de soupape 5 est sollicité par un dispositif à ressort 6 exerçant une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape 4. L'élément de soupape 5 est en outre commandé par un actionneur électromagnétique non détaillé dans le sens de fermeture du siège de soupape 4. La zone de l'élément de soupape 5 tourné vers le siège de soupape 4 est logée dans une chambre de soupape 7 délimitée par la l'insert 2 au niveau du siège de soupape 4; les dimensions de cette chambre sont indiquées par le rectangle tracé en trait mixte à la figure 1. La zone de l'élément de soupape 5 logé dans la chambre de soupape 7 présente un secteur 5A en forme de tronc de cône suivi d'un premier secteur cylindrique 5B de forme tronconique relié au premier segment et ensuite de nouveau une première zone cylindrique circulaire qui se termine par un troisième segment 5C en forme de calotte sphérique. Le segment 5C en forme de calotte sphérique de l'élément de soupape 5 coopère avec le siège de soupape 4 de forme tronconique de façon que lorsque l'élément de soupape 5 est en appui contre le siège de soupape 4, on aura un effet d'étanchéité permettant de séparer efficacement la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 et la zone d'évacuation 9 de cette chambre 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 dé-taillé engagé sur le module hydraulique 1A. Ce module électrique comporte une bobine avec un enroulement électrique et une rondelle d'étrier pour commander l'induit 10 du module hydraulique lA à la manière d'un actionneur électromagnétique pour agir contre la force de ressort développée par le dispositif à ressort 6 dans le sens de fermeture du siège de soupape 4. L'induit 10 est guidé longitudinalement dans un chapeau de vanne 11 relié solidairement à la garniture de vanne 2 et il délimite en commun avec le chapeau 11, plusieurs canaux 12A qui relient le volume mort 13 de la vanne, compris entre le chapeau 11 et l'extrémité de l'induit non tournée vers le siège de soupape 4 à la chambre de sou-pape 7 par des rainures 12b réalisées dans l'élément de soupape 5. L'élément de soupape 5 est soutenu par la force de ressort développée par le dispositif de ressort 6 lorsque la vanne 1 est coupée du courant; le dispositif de ressort s'appuie contre la face frontale 15 du corps de vanne 3 s'appuyant dans la direction axiale contre l'élément de soupape 5; l'élément de soupape est écarté du siège de soupape 4 en direction du volume mort de soupape 13 de sorte que l'induit 10 est écarté de l'insert 2, en étant poussé au niveau du volume mort 13 contre le chapeau de soupape 11 pour s'appuyer contre celui-ci. Dans cette position de l'élément de soupape 5 et aussi celle 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 et la zone d'alimentation 8 est reliée à la zone de sortie 9. Lorsque la vanne 1 se trouve dans cette situation, le fluide actif peut passer dans la vanne 1 c'est-à-dire que partant de la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7, il peut passer le siège de soupape 4 et arriver dans la zone de sortie 9 de la vanne pour alimenter un système ABS (Système Antiblocage) un système PCS (Système de contrôle de traction) ou un système ESP (Programme de stabilisation électronique). Pour fermer le siège de soupape 4 on alimente de façon connue le module électrique de la vanne 1 engagé sur le chapeau de vanne 11 de façon à générer une force électromagnétique qui déplace l'induit de sa position représentée à la figure 1 en direction du siège de soupape 4 et pousse le secteur en forme de calotte sphérique de l'élément de soupape 5 de façon étanche contre le siège de soupape 4 du corps de vanne 3. Dans cette dernière situation de la vanne 1, la zone d'alimentation 8 est séparée de la zone de sortie 9 et le fluide actif ne peut traverser la vanne 1 s'il y a une différence de pression positive entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9. On aura à l'intérieur de la vanne 1 une différence de pression positive entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9 si la pression dans la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 est supérieure à la pression dans la zone de sortie 9 de la vanne 1. Cela résulte du fait que la zone d'alimentation 8 en cas de différence de pression positive par rapport à la zone de sortie 9 est séparée de cette zone 9 par un clapet antiretour 14 lorsque le siège de sou-pape 4 est fermé ; en cas de différence de pression négative c'est-à-dire si la pression dans la zone de sortie 9 est supérieure à celle de la zone d'alimentation 8, le clapet antiretour 14 sera ouvert. Dans la vanne 1 représentée à la figure 1, le dispositif de ressort 6 est logé dans la chambre à ressort 7 par sa zone tournée vers le corps de vanne 3; lorsque le siège de soupape 4 est ouvert, partant de la zone d'alimentation 8 cette chambre sera traversée par du fluide ou de l'agent de fonctionnement dans la direction de la zone de sortie 9. Si la vanne 1 est utilisée dans un système ABS, l'agent de fonctionne-ment ou fluide actif sera le liquide de frein. La figure 2 montre l'induit 10 selon une représentation en trois dimensions; la surface frontale 15 de l'induit 10 tournée vers l'élément de soupape 5 est représentée de manière plus détaillée. La surface frontale 15 de l'induit 10 est munie de plusieurs gorges circulaires 15A.. .15E concentriques pour que la distance entre la surface fron- tale 15 de l'induit 10 et la surface frontale 16 de l'insert de vanne 2 tournée vers la surface frontale 15 de l'induit 10 varie dans la direction radiale au moins par zones pour créer pour un passage de fluide entre le volume mort 14 et la chambre de soupape 7 dans la zone comprise entre l'induit 10 et l'insert 2, les conditions ne permettant plus de dé- velopper l'effet du paradoxe hydrodynamique. La figure 3 montre un développement de l'induit 10 de la figure 2 qui comporte au niveau de sa surface frontale 15, une rainure radiale 17 qui correspond pour l'essentiel au même effet que celui pro-curé par les rainures circulaires 15A-15E décrites ci-dessus. En variante de l'exemple de réalisation de l'invention représenté aux figures 2 et 3, on peut également donner à la surface frontale de l'induit et/ou à la surface frontale de l'insert de vanne tour-née vers l'induit, une géométrie quelconque, différente donnant un pro- fil de surface aux surfaces frontales de l'induit et/ou de la garniture de vanne pour ne pas avoir d'écartement régulier entre les surfaces frontales. Les rainures 15A-15E circulaires ainsi que la rainure radiale 17 ont une section pratiquement en forme de demi-cercle mais on peut également donner aux rainures ainsi qu'à la rainure radiale d'autres profils de section en fonction de l'application. Il est en outre possible de donner à la surface frontale de l'induit et/ou de celle de la garniture de vanne tournée vers la surface frontale de l'induit, une forme microscopique par un traitement superfi- ciel par opposition à une surface essentiellement plane et lisse pour éviter l'effet engendré par le paradoxe hydrodynamique. REVENDICATIONS 1 ) Electrovanne (1) comportant un élément de soupape (5) mobile longitudinalement dans un insert de vanne (2) et coopérant avec un siège de soupape (4) réalisé dans le corps de vanne (3) et qui, en position installée, 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 étant actionné dans le sens de fermeture du siège de soupape (4) par un actionneur électromagnétique, et dont au moins une partie de l'élément de soupape (5) est logée dans une chambre de sou-pape (7) délimitée par l'insert de vanne (2) dans la zone du siège de sou-pape (4) et une extrémité de l'élément de soupape (5) opposée à la chambre de soupape (7) coopère avec un induit (10), caractérisée en ce que la surface frontale (15) de l'induit (10) tournée vers l'insert de vanne (2) et/ou la surface frontale (16) de l'insert de vanne (2) tournée vers la surface frontale (15) de l'induit (10) ont un profil de surface tel que la section d'écoulement délimitée par les surfaces frontales (15, 16), prise dans la direction radiale et/ou dans la direction périphérique de l'induit (10) varie au moins par zones. 2 ) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface frontale (15) de l'induit (10) et/ou la surface frontale (16) de l'insert de vanne (2) comportent des rainures (15A-15E) circulaires, dans la direction périphérique de l'induit (10). 3 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que les rainures (15A-15E) sont concentriques et écartées les unes des au- tres dans la direction radiale. 4 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les rainures s'étendent au moins par segment sur toute la périphérie de l'induit. 5 ) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface frontale (15) de l'induit (10) et/ ou la surface frontale (16) de l'insert de vanne (2) comportent au moins une rainure radiale (17) diri- 5 gée dans la direction radiale de l'induit (10). io