Brevet FR2872244A1 — 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 un corps de soupape, cet élément de soupape étant en position montée actionné par l'intermédiaire d'un actionneur électromagnétique agissant dans le sens de fermeture du siège de soupape, au moins une partie de l'élément de soupape se trouvant dans une chambre de sou-pape délimitée par l'insert de vanne dans la zone du siège de soupape, et avec un clapet d'arrêt prévu entre une zone de sortie et une zone d'alimentation de la chambre de soupape, ce clapet séparant la zone de sortie de la zone d'alimentation si la pression dans la zone d'alimentation est supérieure à la pression dans la zone de sortie. Etat de la technique Selon le document DE 100 36 576 Al, on connaît une vanne ou dispositif de vanne à commande électromagnétique utilisée pour commander et réguler des installations ou systèmes de freins hydrauliques de véhicules automobiles. Le dispositif de vanne comporte un insert de vanne muni d'un perçage longitudinal. L'insert de vanne est relié à un chapeau logeant un induit mobile dans la direction longitudinale. L'induit coopère avec un poussoir de soupape ou élément de soupape guidé en translation longitudinale dans l'insert de vanne. La coopération entre l'élément de soupape et l'induit est telle qu'un mouvement en biais dans la direction de fermeture du siège de soupape se transmet au poussoir de soupape muni de l'organe d'obturation d'une soupape à siège. 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 de soupape comportant le siège de soupape ou une chambre de vanne qui délimite l'insert de vanne est reliée au ni-veau d'un siège de soupape par les canaux qui permettent le passage du fluide, à des cavités au niveau du chapeau de la vanne, ce qui permet de refouler par ces canaux l'air résiduel qui se trouve dans le chapeau. Lorsque le courant est coupé, un dispositif à ressort ou un ressort de rappel maintient la vanne en position ouverte; le dispositif à ressort en forme de ressort de compression et de rappel est logé dans la chambre de soupape. Ce montage du ressort de compression dans la chambre de soupape garantit la simplicité du montage de la vanne. Le ressort de rappel doit maintenir en position ouverte le siège de soupape de la vanne surtout pendant la phase d'évacuation ou la phase constitutive de remplissage dans un système de frein. Toutefois, comme le dispositif à ressort est logé dans la chambre de soupape de la vanne, il est malheureusement exposé aux influences statiques et dynamiques engendrées lorsque le siège de sou-pape est ouvert par le fluide actif traversant la chambre de soupape et qui détériorent de manière importante le fonctionnement de la vanne notamment pour les états de fonctionnement défavorables. Ces influences sont entre autres occasionnées par la circulation du fluide dans la chambre de soupape et par les efforts d'écoulement et de déviation agissant sur les spires du ressort de compression et qui, variant considérablement dans toute la plage de fonctionnement de la vanne, ne peuvent que difficilement se prévoir ou se copier sous forme de modèles. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer une vanne permettant d'éviter les influences gênantes et le cas échéant considérables exercées sur le ressort de rappel logé dans la chambre de soupape et affecté de tolérances comme cela est connu, influences qui se répercutent sur le comportement de la vanne en cours de fonctionnement, avec des moyens simples. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une électrovanne (vanne à commande électromagnétique) du type défini cidessus, caractérisée en ce que le clapet d'arrêt comporte un dispositif de rappel appliquant à l'élément de fermeture du clapet d'arrêt, une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du clapet d'arrêt telle, que le clapet d'arrêt se ferme à partir d'un niveau de poussée de réaction qui dépasse le niveau de pression de remplissage et d'évacuation. Ainsi, de manière simple, on peut évacuer et remplir de nouveau la vanne et de plus la caractéristique de commande et de ré- gulation de la vanne n'est plus influencée de manière négative par le dispositif à ressort installé dans la chambre de soupape. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispositif d'arrêt comporte un élément de ressort qui sollicite l'élément de fermeture avec une composante de force agissant dans la direction d'ouverture du clapet d'arrêt. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément de ressort est un ressort hélicoïdal. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément de ressort est un élément de serrage ayant plusieurs segments élasti- ques répartis à la périphérie de l'élément annulaire et l'effet de ressort de l'élément de serrage dépend des segments élastiques. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation d'une électro- vanne à clapet d'arrêt d'évacuation représentés de manière simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une électrovanne selon l'invention, - la figure 2 montre la zone d'alimentation de la vanne représentée à la figure 1 avec un clapet d'arrêt réalisé avec un ressort de compression taré, - la figure 3 montre la zone d'alimentation représentée à la figure 2 de la vanne, le clapet d'arrêt comportant un élément de serrage, - la figure 4 montre l'élément de serrage de la figure 3 représenté sé- parément, et - la figure 5 montre l'élément de serrage selon les figures 3 et 4 en vue de dessus, l'élément étant représenté seul. Description de modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'une vanne 1 à commande électromagnétique comportant un élément de soupape 5 mobile dans la direction longitudinale d'un insert de vanne 2 et coopérant avec un siège de soupape 4 réalisé dans un corps de vanne 3. La 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 soupape 2 au niveau du siège de soupape 4; les dimensions de cette chambre sont soulignées par le rectangle en trait mixte représenté à la figure 1. La partie de l'élément de soupape 5 logé dans la chambre de soupape 7 a un secteur en forme de tronc de cône 5A suivi d'un premier secteur cylindrique 5B adjacent au secteur tronconique 5A et ensuite un troisième secteur 5C en forme de calotte sphérique faisant suite au premier secteur cylindrique 5B. Le secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 coopère avec le siège de sou-pape 4 de forme tronconique de façon que lorsque l'élément de soupape 5 est appliqué contre le siège de soupape 4, on réalise l'étanchéité sépa- rant la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 et la zone d'alimentation 9 de cette chambre de soupape 7 lorsque le siège de sou- pape 4 est fermé. La vanne 1 se compose principalement du module hydraulique lA représenté à la figure 1 et d'un module électrique non re- présenté, engagé sur le module hydraulique lA; le module électrique comporte une bobine, un enroulement électrique et une rondelle d'étrier pour actionner l'induit 10 du module hydraulique lA en agissant dans le sens de fermeture du siège de soupape 4 contre la force engendrée par la pression hydraulique appliquée contre l'élément de soupape 5 dans le sens de l'ouverture du siège de soupape 4. Le module électrique constitue un actionneur électromagnétique qui commande l'élément de soupape 5 dans le sens de la fermeture du siège de soupape 4. L'induit 10 est guidé longitudinalement dans un chapeau de vanne 11 relié solidairement à l'insert de vanne 2 et il délimite avec le chapeau 11 plusieurs canaux 12A reliant le volume mort 13 délimité entre le chapeau 11 de l'induit et l'extrémité de l'induit 10 tournée vers le siège de soupape 4 par des rainures de poussoir 12B de l'élément de soupape 5 à la chambre de soupape 7. Lorsque la vanne 1 n'est pas alimentée, l'élément de sou- pape 5 est déplacé en direction du volume mort 13 en étant écarté du siège de soupape 4 suivant les conditions de pression régnant dans la vanne 1 et agissant sur les surfaces actives de l'élément de soupape 5 et de l'induit 10; l'induit 10 s'écarte alors de l'insert de soupape 2 pour être poussé au niveau du volume mort 13 contre le chapeau de vanne 11 et s'appliquer contre celui-ci. Dans cette position de l'élément de soupape 5 et de l'induit 10, le siège de soupape 4 est dégagé de l'élément de soupape 5 ou du secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 mettant en communication la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9. Dans cette situation de la vanne 1, le fluide actif peut traverser la vanne 1 c'est-à-dire passer de la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 à travers le siège de sou-pape 4 et dans la zone de sortie 9 de la vanne pour alimenter en aval de la zone de sortie 9 un système ABS (Système antiblocage), un système TCS (Système de contrôle de traction) ou un système ESP (Programme de stabilisation électronique). Pour fermer le siège de soupape 4, on alimente le module électrique de la vanne 1, engagé sur le chapeau de vanne 11 pour que le module électrique engendre une force électromagnétique agissant sur l'induit 10 pour déplacer l'induit de sa position représentée à la figure 1 en direction du siège de soupape 4 et pousser le secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 de manière étanche contre le siège conique 4 du corps de vanne 3 fermant ainsi la vanne 1. Dans cet état 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 si entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9, on a une chute de pression positive. A l'intérieur de la vanne 1 entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9 on aura une chute de pression positive si la pression dans la zone d'alimentation 8 est supérieure à celle de la zone de sortie 9 de la vanne 1. Cela résulte du fait que pour une différence de pression positive dans la zone d'alimentation 8 par rapport à la zone de sortie 9, le clapet d'arrêt 14 sépare la zone de sortie 9 de la zone d'alimentation; en cas de différences de pression négatives 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 14 est ouvert. Dans la vanne 1 représentée à la figure 1, la chambre de soupape 7 est traversée par le fluide arrivant de la zone d'alimentation 8 lorsque le siège de soupape 4 est ouvert, en direction de la zone de sortie 9; le fluide actif est du liquide de frein lorsque la vanne 1 est instal- lée dans le système ABS d'un véhicule automobile. La vanne 1 représentée à la figure 1 est équipée du clapet d'arrêt 14 représenté de manière plus détaillée aux figures 2 et 3; ce clapet d'arrêt 14 comporte un organe de fermeture 15 et un dispositif de rappel 16 sollicitant l'organe de fermeture avec une composante de force agissant dans la direction d'ouverture du clapet d'arrêt 14 pour que le niveau de poussée ou de pression de réaction du clapet d'arrêt 14 à partir duquel le clapet 14 se ferme soit au-dessus du niveau de pression de remplissage et d'évacuation de la vanne 1. Dans le premier exemple de réalisation de la vanne 1 re- présentée aux figures 1 et 2, le dispositif d'arrêt 16 comporte un ressort de pression 16B logé dans un insert en matière plastique 17 délimitant la zone de sortie 9. L'élément de fermeture 15 du clapet d'arrêt 14 réalisé ici sous la forme d'une bille reste ouvert jusqu'à une pression appropriée, définie pour la phase d'évacuation et de remplissage de la vanne 1. Ainsi, l'évacuation et le remplissage de la vanne 1 se font indépendamment de la position de l'élément de soupape 5 à partir de la zone d'alimentation 8 à travers le clapet d'arrêt 14 et la zone de sortie 9 de la vanne 1. Cela signifie que la vanne 1 peut également être évacuée et remplie pour des conditions de pression dans la zone d'alimentation 8 qui ne suffisent pas pour soulever l'élément de soupape 5 du siège de soupape 4 du corps de vanne 3. Pour cette raison, on peut supprimer le ressort de rappel connu selon l'état de la technique et qui agit sur l'élément de soupape 5 dans le sens de l'ouverture du siège de soupape 4, et on évite ainsi que le ressort de rappel influence de manière négative la caractéristique de commande et de régulation de la vanne 1 par le passage du fluide actif traversant la chambre de soupape 7 lorsque la vanne 1 fonctionne, ce qui de façon connue se répercute de manière négative sur la caractéristique de ressort du dispositif de ressort connu de l'état de la technique. 2872244 7 Si le niveau de pression dans la zone d'alimentation 8 augmente de façon telle qu'elle permet de vaincre la force de ressort exercée par le ressort de compression 16B et agissant dans le sens de l'ouverture du clapet d'arrêt 14, le clapet d'arrêt 14 se ferme et l'élément de soupape 5 se soulève du siège de soupape 4 du fait de la pression régnant dans la zone d'alimentation 8; la phase d'évacuation et la phase de remplissage de la vanne 1 se feront avec passage du fluide à travers le siège de soupape 4 dans la vanne 1. En variante du dispositif de rappel 16 représenté à la figure 2 et comportant un ressort de compression 16B, le dispositif de rappel 16 de la figure 3 est réalisé avec un élément de serrage 16A au niveau du clapet d'arrêt 14 et dont le fonctionnement correspond pour l'essentiel à celui du ressort de compression 16B de la figure 2; cet élément de serrage est représenté seul à la figure 4 et à la figure 5. En se reportant aux figures 4 et 5 on remarque que l'élément de serrage 16A a une forme essentiellement circulaire avec une collerette annulaire extérieure 18 et une collerette annulaire intérieure 19 délimitant une rainure 20 de section essentiellement trapézoïdale. La rainure trapézoïdale 20 reçoit l'insert en matière plastique 17 comme représenté à la figure 3 de sorte que l'élément de serrage 16B se positionne exactement dans la direction radiale par rapport à l'élément de fermeture 15 du clapet d'arrêt 14. L'élément de serrage 16A est en outre poussé par une pièce 21 reliée à l'insert en matière plastique 17 contre la partie de l'insert en matière plastique 17 pénétrant dans la rainure annulaire 20 et ainsi l'élément de serrage est fixé ou positionné également dans la direction axiale de la vanne 1 par rapport à l'élément de fermeture 15 du clapet d'arrêt 14. L'élément de serrage 16A exerce une force de serrage sur l'élément de fermeture 15 réalisé en forme de bille d'étanchéité de façon que le clapet d'arrêt 14 soit ouvert jusqu'à une certaine différence de pression entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9 et permet un contournement de l'élément de fermeture 15 et un passage à travers le clapet d'arrêt 14. Au-dessus de ces différences de pression, définies, l'élément de fermeture 15 sera poussé dans son siège d'étanchéité 22 formé dans l'insert en matière plastique 17 si bien que l'on dépassera la force exercée par le ressort de compression 16B selon la figure 2 ou la force de serrage de l'élément de serrage 16A selon la figure 3. Pour régler la force de serrage de l'élément de serrage 16A comme souhaitée ou pour définir cette forme de serrage, l'élément de serrage 16A est muni au niveau de sa collerette annulaire intérieure 19 de plusieurs découpes 23 réparties à la périphérie de la collerette annulaire. Le nombre de ces découpes, leur disposition et leur taille, dé- termine la souplesse ou l'élasticité des segments élastiques 24 de l'élément de serrage 16A réalisés entre les découpes 23 dans la zone de la collerette annulaire intérieure 19. 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 un corps de soupape (3), cet élé- ment de soupape étant en position montée actionné par l'intermédiaire d'un actionneur électromagnétique agissant dans le sens de fermeture du siège de soupape (4), au moins une partie de l'élément de soupape (5) se trouvant dans une chambre de soupape (7) délimitée par l'insert de vanne (2) dans la zone io du siège de soupape (4), et avec un clapet d'arrêt (14) prévu entre une zone de sortie (9) et une zone d'alimentation (8) de la chambre de sou-pape (7), ce clapet séparant la zone de sortie (9) de la zone d'alimentation (8) si la pression dans la zone d'alimentation (8) est supérieure à la pression dans la zone de sortie (9), caractérisée en ce que le clapet d'arrét(14) comporte un dispositif de rappel (16) appliquant à l'élément de fermeture (15) du clapet d'arrêt (14), une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du clapet d'arrêt (14) telle, que le clapet d'arrêt (14) se ferme à partir d'un niveau de poussée de réaction qui dépasse le niveau de pression de remplissage et d'évacuation. 2 ) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'arrêt (16) comporte un élément de ressort (16A, 16B) qui sollicite l'élément de fermeture (15) avec une composante de force agissant dans la direction d'ouverture du clapet d'arrêt (14). 3 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de ressort est un ressort hélicoïdal (16B). 4 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que io l'élément de ressort est un élément de serrage (16A) ayant plusieurs segments élastiques (24) répartis à la périphérie de l'élément annulaire et l'effet de ressort de l'élément de serrage (16A) dépend des segments élastiques (24).