Brevet FR2872246A1 — 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 un corps de vanne, cet élément de soupape étant sollicité en position de montage par une composante de force exercée par un dispositif à ressort et agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape, un actionnement électromagnétique sollicitant l'élément de soupape dans le sens de la fermeture du siège de soupape, au moins une partie de l'élément de soupape se trouvant dans une chambre de soupape délimitée par l'insert de vanne dans la zone du siège de soupape. Etat de la technique Le document DE 100 36 576 Al décrit une telle vanne réalisée sous la forme d'une vanne à commande électromagnétique uti- lisée notamment dans les installations ou systèmes de freins hydrauliques de véhicules automobiles. Le dispositif de vanne décrit dans ce document comporte un insert de vanne muni d'un perçage longitudinal ainsi que d'un chapeau relié à l'insert et recevant un induit mobile le long du chapeau ainsi qu'un poussoir de soupape ou élément de sou- pape. Le poussoir de soupape et l'induit coopèrent pour que le mouvement de l'induit dans la direction de fermeture du siège de soupape soit transmis au poussoir de soupape muni d'un organe de fermeture coopérant avec un 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 son enveloppe comporte au moins deux canaux séparés l'un de l'autre. Une chambre de soupape logeant la soupape ou une chambre de sou-pape du dispositif de soupape est reliée par les canaux de fluide au chapeau pour permettre de refouler l'air résiduel du chapeau à travers ces canaux. En l'absence de courant, la vanne est maintenue en position ouverte par un dispositif à ressort ou un ressort de rappel; le dis-positif à ressort en forme de ressort de rappel est monté dans la chambre de soupape. Ce montage du dispositif à ressort simplifie l'installation de la vanne. Le dispositif à ressort est toutefois exposé à des influences statiques et dynamiques gênantes dans la chambre de soupape. Ces influences engendrées par le fluide actif traversant la chambre de sou-pape, détériorent le fonctionnement de la vanne, et sont entre autres occasionnées par l'écoulement du fluide dans la chambre de soupape, où des forces d'écoulement et de déviation engendrées par les spires du ressort de compression ont des effets qui varient considérablement dans toute la plage de fonctionnement de la vanne et qui donc sont imprévisibles et difficiles à utiliser. Pour les raisons évoquées ci-dessus, les influences occasionnées sur le dispositif de ressort par la traversée du fluide dans la chambre de soupape, varient le cas échéant d'une manière tellement importante dans toute la plage de fonctionnement de la vanne qu'elles ne peuvent être que difficilement contrôlées, de sorte que le fonction- nement de la vanne ou son comportement ne peuvent être représentés qu'en mettant en oeuvre des moyens considérables, ce qui se traduit toutefois par un coût élevé. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et se propose de réduire la détérioration du fonctionnement de la vanne, même pour des conditions d'écoulement dynamiques au niveau de la chambre de la soupape, par comparaison aux vannes connues selon l'état de la technique, de manière à disposer d'une caractéristique de commande ou de régulation souhaitée pour la vanne sur toute la plage de fonctionnement, et cela avec des moyens économiques, vérifiables et qui peuvent être repris. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une vanne du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le dispositif de ressort est logé princi- paiement à l'extérieur de la chambre de soupape. Grâce à l'installation du dispositif de ressort selon l'invention, ce dispositif ne sera pratiquement pas ou seulement de manière très faible sollicité par le passage du fluide dans la chambre de vanne. Ces moyens de l'invention aboutissent finalement à ce qu'une modification de la caractéristique de ressort de l'installation de ressort et ainsi également la caractéristique de commande et de régulation de la vanne ne soient plus détériorées par les conditions d'écoulement dans la chambre de soupape ou ne le soient plus que de manière très limitée. Suivant une autre caractéristique avantageuse - le dispositif de ressort comporte un ressort hélicoïdal à l'aide duquel l'élément de soupape est poussé élastiquement contre l'insert de vanne dans le sens de l'ouverture du siège de soupape, - le ressort hélicoïdal est un ressort hélicoïdal cylindrique et se trouve dans l'espace annulaire délimité entre l'élément de soupape et l'insert de vanne, - le volume annulaire est réalisé entre les zones de guidage entre l'élément de soupape et l'insert de vanne, - le ressort hélicoïdal est un ressort hélicoïdal conique, logé à l'intérieur de l'insert de vanne dans une zone reliée à la chambre de soupape, - le ressort hélicoïdal s'applique par sa zone de petit diamètre contre l'élément de soupape et par sa zone de grand diamètre contre l'insert de vanne, - dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal contre l'élément de sou- pape, le diamètre extérieur de cet élément de soupape correspond au moins sensiblement au diamètre intérieur du ressort hélicoïdal, - dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal contre l'insert de vanne, le diamètre intérieur de l'insert de vanne correspond au moins sensiblement au diamètre extérieur du ressort hélicoïdal, - le ressort hélicoïdal s'appuie contre un épaulement de l'insert de vanne, - l'épaulement est réalisé sous la forme d'un anneau élastique placé dans une rainure. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation d'une électrovanne à ressort extérieur à la chambre de soupape selon l'invention représentés d'une manière très simplifiée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale très simplifiée d'un premier mode de réalisation du dispositif de vanne selon l'invention, - la figure 2 montre à échelle agrandie la zone II indiquée à la figure 1 pour un second mode de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation La figure 1 montre une partie d'une vanne 1 à commande électromagnétique ou électrovanne en coupe longitudinale; cette vanne comporte un élément de soupape 5 mobile longitudinalement dans un insert de vanne 2 et coopérant avec un siège de soupape réalisé dans un io corps de vanne 3. Cet élément de soupape est sollicité en position de montage par un dispositif de ressort 6 appliquant une composante de force agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape 4; un actionneur électromagnétique non représenté agit sur l'élément de sou-pape dans le sens de fermeture du siège de soupape 4. La zone de l'élément de soupape 5 tournée vers le siège de soupape 4 est logée dans la chambre de soupape 7 délimitée par l'insert de vanne 2 au niveau du siège de soupape 4; les dimensions de cette chambre sont indiquées de manière plus précise par le rectangle tracé en trait mixte à la figure 1. La zone de l'élément de soupape 5 si- tué dans la chambre de soupape 7 est constituée d'un secteur 5A en forme de tronc de cône auquel se raccorde un secteur cylindrique 5B lui-même poursuit par un troisième secteur 5C en forme de calotte sphérique reliée au secteur cylindrique 5B. 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 est appliqué contre le siège de soupape 4, on a un effet d'étanchéité tel que la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 est coupée de la zone de sortie 9 de la chambre de soupape 7 par le siège de soupape 4 fermé. La vanne 1 se compose principalement d'un module hydraulique lA représenté à la figure 1 et d'un module électrique non dé-taillé, engagé sur le module hydraulique lA; le module électrique comporte une bobine avec un enroulement électrique et un anneau d'étrier pour actionner l'induit 10 du module hydraulique lA dans la direction de fermeture du siège de soupape 4 contre la force développée par le dispositif de ressort 6. L'induit 10 est guidé de manière mobile longitudinale-ment dans un chapeau de vanne 11 relié solidairement à l'insert de vanne 2. L'induit délimite avec le chapeau de vanne 11 plusieurs canaux 12A qui font communiquer le volume mort 13 délimité entre le chapeau de vanne 11 et l'extrémité de l'induit 10 à l'opposé de celle du siège de soupape 4 par des rainures 12B de l'élément de soupape 5 avec la chambre de soupape 7. Lorsque la vanne 1 n'est pas alimentée, l'élément de sou-pape 5 est poussé par la force développée par le dispositif de ressort 6 qui s'appuie contre l'insert de vanne 2 et contre l'élément de soupape 5 dans la direction axiale, pour s'écarter du siège de soupape 4 et être dé- placé en direction du volume mort 13; l'induit 10 se soulève ainsi de l'insert de vanne 2 et est poussé au niveau du volume mort 13 contre le chapeau 11 et s'appuie contre celui-ci. Lorsque l'élément de soupape 5 et l'induit 10 occupent cette position, le siège de soupape 4 est libéré de l'élément de soupape 5 ou le secteur de forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 est dégagé du siège si bien que la zone d'alimentation 8 communique avec la zone de sortie 9. De plus, dans cette situation de la vanne 1, le fluide actif peut traverser la vanne 1; partant de la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 le fluide passe par le siège de soupape 4 et arrive dans la zone de sortie 9 de la vanne pour alimenter un système ABS (Système antiblocage), un système TCS (Système de contrôle de traction), ou un 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 que le module électrique génère une force électromagnétique déplaçant l'induit 10 de sa position représentée à la figure 1 en direction du siège de soupape 4 et applique le secteur en forme de calotte sphérique 5C de l'élément de soupape 5 de manière étanche contre le siège de soupape 4 du corps de vanne 3 pour fermer ainsi la vanne 1. 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 entre la zone d'alimentation 8 et la zone de sortie 9, on a une différence de pression positive. L'intérieur de la vanne 1 est alors soumis à une différence de pression positive si la pression dans la zone d'alimentation 8 de la chambre de soupape 7 est supérieure à la pression de la zone de sortie 9 de la vanne 1. De plus, la zone d'alimentation 8 en cas de différences de pression positives est séparée de la zone de sortie 9 par un clapet d'arrêt 14 s'ouvrant 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. Le dispositif à ressort 6 comprend un ressort hélicoïdal 6A qui pousse élastiquement l'élément de soupape 5 contre l'insert de vanne 2 dans le sens de l'ouverture du siège de soupape 4. Le ressort hélicoïdal 6A est en forme de ressort hélicoïdal cylindrique; il est logé complètement à l'extérieur de la chambre de soupape 7 dans le volume annulaire 15 délimité par l'élément de soupape 5 et l'insert de vanne 2. Les influences qui détérioraient le fonctionnement de la vanne 1 sont ainsi évitées car le dispositif de ressort 6 n'est plus installé dans la zone d'action de passage du fluide dans la chambre de soupape 7. Le volume annulaire 15 est réalisé entre les zones de guidage 16, 17 comprises entre l'élément de soupape 5 et l'insert de vanne 2; le ressort hélicoïdal 6A du dispositif à ressort 6 s'appuie par son extrémité opposée à celle du siège de soupape 4 contre l'élément de sou-pape 5 et par son extrémité tournée vers le siège de soupape 4 contre l'insert de vanne 2. De plus, le dispositif de ressort 6 grâce à une modification de la géométrie de l'insert de vanne 2 par comparaison aux vannes connues selon l'état de la technique, est prévu dans la zone d'un intervalle d'air 21 de la vanne 1 comme représenté à la figure 1. L'installation du dispositif de ressort à cet endroit de la vanne 1 permet toujours une fabrication relativement simple de la vanne 1. De plus, la perte de matière du côté de l'insert de vanne liée à la modification de forme de l'insert de vanne 2 au niveau du volume annulaire 15 est faible, si bien que la force magnétique développée par l'actionneur électromagnétique de la vanne 1 selon l'invention est pratiquement inchangée par comparaison à celle d'une vanne de l'état de la technique. Cette dernière considération est importante pour le fonctionnement d'une vanne à commande électromagnétique qui dans les modes de réalisation présentés dépend en outre de l'épaisseur de paroi de l'insert de vanne 2 dans la zone de l'intervalle d'air ou entrefer 21. De plus, l'installation entre l'insert de vanne 2 et l'élément de soupape 5 permet de façon simple un bon guidage à la fois dans la direction axiale et dans la direction radiale pour le ressort de compression de rappel du dispositif à ressort 6. La figure 2 montre la zone portant la référence II à la figure 1 et correspondant à un autre mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de ressort 6 a un ressort hélicoïdal 6B ayant essentiellement une forme conique. Le dispositif de ressort 6 s'appuie par son extrémité opposée à celle du siège de soupape 4 contre la sur- face frontale 18 de l'élément de soupape 5 dans la direction axiale; par rapport au passage de fluide dans la chambre de soupape 7, le dispositif de ressort n'est plus directement soumis à l'action de la chambre de soupape 7. Dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal 6B contre l'élément de soupape 5 ou dans la zone de la surface frontale 18 de l'élément de soupape 5, le diamètre extérieur du segment cylindrique 19 de l'élément de soupape 5 qui traverse le ressort hélicoïdal 6B a au moins un diamètre adapté au diamètre intérieur du ressort hélicoïdal 6B de sorte que le ressort hélicoïdal 6B est positionné dans la zone d'appui du ressort contre l'élément de soupape 5 également dans la di-rection radiale et qu'il est ainsi soutenu dans cette direction. Par son extrémité tournée vers le siège de soupape 4, le ressort hélicoïdal 6B est appliqué contre un épaulement 20 en forme de collerette annulaire de l'insert de vanne 2, épaulement réalisé dans l'insert. Le ressort s'appuie à cet endroit dans la direction axiale. De plus, le ressort hélicoïdal 6B a dans sa zone d'appui contre l'insert de vanne 2 un diamètre extérieur qui correspond au moins sensiblement au diamètre intérieur de l'insert de vanne 2 dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal 6B. Ainsi, le ressort hélicoïdal 6B est également sou- tenu ou guidé dans la direction radiale au niveau de cette zone. Cela signifie que le ressort hélicoïdal 6B de forme conique s'appuie par sa zone de petit diamètre contre l'élément de soupape 5 et par sa zone de grand diamètre contre l'épaulement 20 de l'insert de vanne 2; en position de montage on a une précontrainte entre l'insert de vanne 2 et l'élément de soupape 5 une fois installé. Ainsi, lorsque le module électrique est coupé, l'élément de soupape est sollicité par le dispositif de ressort 6 avec une composante de force agissant dans la direction de l'ouverture de sorte que le siège de soupape 4 est ouvert. En variante du mode de réalisation de l'épaulement 20 représenté à la figure 2, cet épaulement peut également être formé par un composant distinct monté sur le diamètre intérieur de l'insert de vanne 2. Ainsi, il est possible de réaliser l'épaulement par un anneau élastique installé dans une rainure réalisée dans le côté intérieur de l'insert de vanne 2. Dans le mode de réalisation de la vanne 1 représenté à la figure 2, le dispositif de ressort 6 est situé plus près de la chambre de soupape 7 que dans la vanne 1 de la figure 1 si bien que le cas échéant on aura encore de faibles influences sur le dispositif de ressort 6 par le fluide actif passant dans la chambre de soupape 7 lorsque le siège de soupape 4 est ouvert. Le mode de réalisation de la vanne 1 selon la figure 2 présente néanmoins, par comparaison avec l'exemple de réalisation de la figure 1, en principe une solution plus simple à fabriquer et de ce fait plus économique. En outre, dans le cas du mode de réalisation de la vanne 1 selon la figure 2, la matière de l'insert de vanne 2 qui se trouve au niveau de l'intervalle 21 ou entrefer, n'est pas modifiée par comparaison avec les vannes de l'état de la technique. 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 un corps de vanne (3), cet élément de soupape étant sollicité en position de montage par une composante de force exercée par un dispositif à ressort (6) et agissant dans le sens de l'ouverture du siège de soupape (4), un actionnement électromagnétique sollicitant l'élément de soupape dans le sens de la 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 du siège de soupape (4), caractérisée en ce que le dispositif de ressort (6) est logé principalement à l'extérieur de la chambre de soupape (7). 2 ) Electrovanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de ressort (6) comporte un ressort hélicoïdal (6A, 6B) à l'aide duquel l'élément de soupape (5) est poussé élastiquement contre l'insert de vanne (2) dans le sens de l'ouverture du siège de soupape (4). 3 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6A) est un ressort hélicoïdal cylindrique et se trouve dans l'espace annulaire (15) délimité entre l'élément de soupape (5) et l'insert de vanne (2). 4 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le volume annulaire (15) est réalisé entre les zones de guidage (17, 18) entre l'élément de soupape (5) et l'insert de vanne (2). 5 ) Electrovanne selon la revendication 2, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6B) est un ressort hélicoïdal conique logé à l'intérieur de l'insert de vanne (2) dans une zone reliée à la chambre de soupape (7), le ressort hélicoïdal (6B) s'appliquant par sa zone de petit diamètre contre l'élément de soupape (5) et par sa zone de grand diamètre contre l'insert de vanne (2). 6 ) Electrovanne selon la revendication 5, caractérisée en ce que dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal (6B) contre l'élément de sou-pape (5), le diamètre extérieur de cet élément de soupape (5) correspond au moins sensiblement au diamètre intérieur du ressort hélicoïdal (6B). 7 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que dans la zone d'appui du ressort hélicoïdal (6B) contre l'insert de vanne (2), le diamètre intérieur de l'insert de vanne (2) correspond au moins sensiblement au diamètre extérieur du ressort hélicoïdal (6B). 8 ) Electrovanne selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le ressort hélicoïdal (6B) s'appuie contre un épaulement (20) de l'insert de vanne (2). 9 ) Electrovanne selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'épaulement est réalisé sous la forme d'un anneau élastique placé dans une rainure.