Brevet FR2876160A1 — publié le 20060407

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape pour alimenter un moteur à combustion interne avec notamment des fluides gazeux, comprenant un organe d'obturation mobile axialement pour ré- gler le débit de fluide entre un côté amont et un côté aval, cet organe coopérant avec un siège de soupape libérant en position d'ouverture de la soupape au moins un orifice de passage vers le côté aval, avec une installation d'étanchéité prévue entre l'organe d'obturation de soupape et le siège de soupape. io Etat de la technique On connaît une telle soupape de commande d'un fluide par exemple selon le document DE 103 19 920 Al. La soupape électromagnétique décrite dans ce document comporte un organe d'obturation qui commande le passage du fluide du côté amont vers le côté aval et coopère avec un siège de soupape en forme de siège plat réalisé sur une plaque de soupape. Pour augmenter l'étanchéité au niveau du siège de soupape, celle-ci comporte un élément d'étanchéité installé sur la face frontale de l'organe d'obturation de soupape et une ou plusieurs lèvres d'étanchéité. L'élément d'étanchéité peut avoir une forme annulaire et être logé dans une rainure annulaire correspondante de la face frontale de l'organe d'obturation. Comme de telles soupapes d'injection ou d'insufflation destinées notamment à des fluides gazeux, ont une construction et un fonctionnement déduit principalement des injecteurs ou soupapes d'injection utilisées pour des milieux liquides, elles ne permettent pas de répondre totalement aux exigences particulières de soupapes destinées à des fluides gazeux. Ainsi, les moteurs à combustion alimentés en gaz ou les piles à combustible nécessitent généralement des quantités des fluides beaucoup plus importantes qu'un moteur à combustion ali- menté par un combustible liquide et c'est pourquoi il faut dimensionner de manière appropriée la section de la soupape et la course de l'induit. Avantageusement, dans le cas des milieux gazeux, on utilise pour ouvrir la soupape des étages de puissance à courant électrique régulé, permettant un temps d'ouverture très bref. Mais dans ce cas, l'organe d'obturation de soupape arrive à vitesse très élevée sur son siège. L'installation d'étanchéité prévue entre l'organe d'obturation de soupape et son siège est soumise dans ces conditions à des sollicitations particulièrement élevées. Or, cette installation d'étanchéité sert non seulement à améliorer l'étanchéité mais également à augmenter la durée de vie de la soupape en réduisant l'usure au ni-veau du siège ainsi que le bruit. Contrairement aux soupapes d'injection ou injecteurs utilisant un carburant liquide et qui sont lubrifiées par les propriétés lubrifiantes propres à un carburant liquide, le comportement de soupape à gaz, du point de vue de l'usure entre l'organe d'obturation de la soupape et son siège est beaucoup moins favorable si bien que la conception de la partie organe d'obturation soupape-siège et l'installation d'étanchéité équipant cette partie prennent une signification particulière. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une soupape d'alimentation en fluide notamment gazeux d'un moteur à combustion interne du type défini ci-dessus, et qui permet une réalisation beaucoup plus résistante à l'usure, plus simple et plus économique de la zone de l'organe d'obturation de soupape et de son siège avec inter-position d'une installation d'étanchéité. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une soupape pour l'alimentation en fluide notamment gazeux d'un moteur à combustion interne tel que par exemple une pile à combustible ou un moteur à combustion à gaz d'un véhicule automobile, du type ci-dessus, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité est réalisée sur le siège de soupape. L'intégration de l'installation d'étanchéité dans le siège de soupape selon l'invention et ainsi son intégration dans un composant fixe augmente la résistance à l'usure et permet une fabrication économique de l'ensemble organe d'obturation de soupape/siège de soupape. La fabrication de l'ensemble installation d'étanchéité/siège de soupape selon l'invention est plus simple et ainsi plus économique que l'implantation de l'installation d'étanchéité dans l'organe d'obturation de soupape, car l'intégration de l'installation d'étanchéité dans la géométrie de l'organe d'obturation de soupape, souvent plus compliquée, est généralement plus difficile et autorise des tolérances plus faibles. De plus, l'installation d'étanchéité peut être fixée de manière économique par une liaison collée ou par vulcanisation ou par enfoncement de force au siège de soupape. Selon un autre développement avantageux de l'invention, l'installation d'étanchéité est logée dans une cavité de forme correspondante du siège de soupape ce qui fixe l'installation d'étanchéité par une liaison de forme dans la direction radiale au siège de soupape. Ce moyen permet un positionnement correct de l'installation d'étanchéité par rapport aux orifices de passage débouchant en aval garantissant le bon fonctionnement de la soupape dans toutes les positions de fonctionnement. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'installation d'étanchéité chevauche au moins en position d'ouverture de la soupape, une surface supérieure, périphérique du siège de sou-pape entourant l'organe d'obturation de soupape. Ainsi, on évite que lorsque l'organe d'obturation de sou-pape arrive en biais, il touche tout d'abord la surface d'étanchéité du siège de soupape. L'installation d'étanchéité assure ainsi une fonction d'anneau de support car l'organe d'obturation de soupape qui arrive en biais sur l'installation d'étanchéité peut ensuite basculer et venir corn- plètement en appui contre l'installation d'étanchéité. On évite ainsi une éventuelle usure du siège d'étanchéité au-delà de l'installation d'étanchéité et cela n'a pas d'influence sur le fonctionnement et la durée de vie de la soupape d'injection. L'installation d'étanchéité est avantageusement formée par au moins un élément d'étanchéité comportant au moins une dé-coupe entourant la périphérie d'au moins un orifice de passage vers le côté aval et, pour plusieurs orifices de passage, on peut avoir soit un élément d'étanchéité distinct, soit un élément d'étanchéité en une seule pièce muni de découpes dont le nombre et la géométrie correspondent aux orifices de passage. Suivant les caractéristiques d'amortissement souhaitées et l'encombrement axial disponible, l'élément d'étanchéité peut avoir une surface plane ou courbe tournée vers l'organe d'obturation de sou-pape. En principe, l'élément d'étanchéité peut être réalisé dans des matières très différentes; il est notamment réalisé en métal par exemple en acier traité ou encore en un élastomère tel que par exemple du caoutchouc d'hydrocarbure fluoré, de Viton (marque déposée) ou de n'importe quel autre élastomère. Il est particulièrement avantageux que l'installation d'étanchéité de la soupape selon l'invention soit un élément en un haut polymère dont le comportement élastique comme du caoutchouc permet des variations de formes en reprenant pratiquement immédiatement de nouveau la forme initiale dès que les contraintes disparaissent. Cela est notamment avantageux car l'organe d'obturation de soupape est freiné lorsqu'il arrive sur l'installation d'étanchéité et en cas d'éventuelles positions en biais de l'organe d'obturation de soupape, les caractéristiques élastiques de l'installation d'étanchéité font basculer l'induit dans sa position d'étanchéité normale. De manière avantageuse, l'installation d'étanchéité est réalisée en un caoutchouc et il peut s'agir d'un élément d'étanchéité totalement réalisé en caoutchouc. Une conception moins partielle de l'élément d'étanchéité avec d'autres matières par exemple avec un noyau métallique entouré par un élastomère peut être avantageuse si un élément d'étanchéité totalement réalisé en un élastomère autorise- rait un gonflement trop important. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des exemples de réalisation d'une soupape selon l'invention représentée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale fortement simplifiée d'une soupape d'insufflation munie d'un dispositif selon l'invention com- prenant une installation d'étanchéité entre l'organe d'obturation de soupape et son siège de soupape, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de la partie X de la sou- pape d'insufflation de la figure 1 montrant l'organe d'obturation de soupape en appui contre son siège, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie de la partie Y de la figure 2, - la figure 4 est une vue de dessus simplifiée du siège de soupape représenté seul et correspondant à un premier mode de réalisation de l'installation d'étanchéité, - la figure 5 est une vue de dessus simplifiée du siège de soupape dans une position correspondant à celle de la figure 4 mais pour une va-riante de réalisation de l'installation d'étanchéité. Description des modes de réalisation de l'invention En référence aux figures 1 à 3, on a représenté schématiquement une soupape d'insufflation destinée à une pile à combustible ou à un moteur à combustion de gaz d'un véhicule automobile et ser- vant à réguler le débit de fluide entre un côté amont 2 et un côté aval 3. La soupape d'insufflation 1 comprend un boîtier 4 en plusieurs parties muni d'un actionneur électromagnétique 5 équipé d'une bobine électromagnétique 6 entourant un manchon de guidage 7 en une matière non magnétique fabriquée par transformation. Le man- chon de guidage 7 reçoit un induit 8 coulissant axialement. Cet induit est en une matière à aimantation douce et comporte un organe d'obturation 9 destiné à coopérer avec un siège de soupape 10 en forme de siège plat. Le siège de soupape 10 de ce mode de réalisation est installé sur un manchon de guidage 7 auquel est soudé un corps de buse 11 lui-même muni d'un fond en forme de manchon constituant le siège de soupape 10. Au niveau du siège de soupape 10 on a plusieurs orifices de passage 12 correspondant à une plaque à orifices d'éjection connue en soi. Le composant portant le siège de soupape importe peu pour l'invention de sorte que ce siège peut également être prévu sur n'importe quel autre composant approprié. Du côté aval, l'induit de soupape 8 se poursuit par un élément de butée 13, tubulaire installé coaxialement dans le manchon de guidage 7 et formant le pôle intérieur de l'unité d'actionnement électromagnétique 5. L'induit 8 et l'élément de butée 13 qui forme le pôle intérieur ont chacun un perçage central servant au passage du fluide gazeux que l'on veut injecter dans la chambre de combustion. Ce passage comporte un ressort de rappel 17 installé de manière concentrique et agissant sur l'induit 8. Le ressort de rappel 17 est appuyé du côté aval dans ce mode de réalisation tel que présenté contre un épaulement 18 réalisé sur le siège de soupape 8. Du côté amont, le ressort est appuyé contre un manchon de réglage 14. Une installation d'étanchéité 15 est prévue entre l'organe d'obturation de soupape 9 et le siège de soupape 10. L'installation d'étanchéité 15 est munie d'un élément d'étanchéité 16, annulaire en un élastomère. Cet élément est logé dans une cavité 19 en forme de rainure de forme appropriée du siège de soupape. L'élément d'étanchéité 16 est de préférence fixé par vul- canisation dans la cavité 19. Mais en variante, cet élément peut égale- ment être collé dans cette cavité 19 ou être enfoncé de force. Comme cela apparaît notamment à la figure 3, l'élément d'étanchéité 16 a une épaisseur dimensionnée pour dépasser significativement de manière périphérique la surface supérieure 10A du siège de soupape 10 du côté tourné vers l'organe d'obturation de soupape 9, et de préférence même en position de fermeture de la soupape, il subsiste un intervalle résiduel entre la face frontale de l'organe d'obturation de soupape 9 tournée vers le siège de soupape 10 et la surface supérieure 10A du siège de soupape 10 entourant l'installation d'étanchéité 15. On réalise ainsi la fonction d'anneaux d'appui pour un organe d'obturation de soupape 9 arrivant en position basculée. Lorsque la soupape d'insufflation 1 est fermée au repos comme cela est représenté aux figures 1 et 2, l'organe d'obturation 9 est appliqué de manière étanche contre le siège de soupape 10 et l'organe d'obturation 9 réalisé sur l'induit 8 est maintenu en position de fermeture par la force développée par le ressort de rappel 17. Pour ouvrir la soupape d'insufflation 1, on excite la bobine électromagnétique 6 de l'unité d'actionnement électromagnétique ou actionneur électromagnétique 5 de sorte que l'induit 8 et l'organe d'obturation 9 se soulèvent du siège de soupape 10 et se déplacent vers le côté amont 2. En se reportant notamment à la figure 4, on remarque que l'élément d'étanchéité en une seule pièce présenté dans cette figure a une forme annulaire avec une couronne périphérique comportant plu-sieurs découpes 20 entourant la périphérie des orifices de passage 12 du siège de soupape 10; la géométrie et le nombre des découpes 20 correspondent aux orifices de passage 12. La figure 5 montre une variante de réalisation d'une installation d'étanchéité 15' sous la forme de plusieurs éléments d'étanchéité 16' chacun de forme annulaire fixé dans des cavités 19 correspondantes entourant les orifices de passage 12 du siège de soupape 10. La fonction des éléments d'étanchéité 16' de la figure 5 15 est identique à celle des éléments d'étanchéité 16 de la figure 4. REVENDICATIONS 1 ) Soupape pour alimenter un moteur à combustion interne avec notamment des fluides gazeux, comprenant un organe d'obturation (9) mobile axialement pour régler le débit de fluide entre un côté amont (2) et un côté aval (3), cet organe coopérant avec un siège de soupape (10) libérant en position d'ouverture de la soupape au moins un orifice de passage (12) vers le côté aval (3), avec une installation d'étanchéité (15, 15') prévue entre l'organe d'obturation de soupape (9) et le siège de soupape (10), io caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') est réalisée sur le siège de soupape (10). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') est logée dans une cavité de forme correspondante (19, 19') du siège de soupape (10). 3 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') chevauche au moins en position d'ouverture de la soupape, une surface supérieure (10A), périphérique du siège de soupape (10) entourant l'organe d'obturation de soupape (9). 4 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') est formée par un élément d'étanchéité (16, 16') ayant au moins une découpe (20, 20') entourant la périphérie d'au moins un orifice de passage (12) allant vers le côté aval (3). 5 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée par un élément d'étanchéité (16') distinct pour chaque fois plusieurs orifices de passage (12). 6 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' un élément d'étanchéité (16) en une seule pièce pour plusieurs orifices s de passage (12), des découpes (20) dont le nombre et la géométrie sont adaptés à celle des orifices de passage (12). 7 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (16) est de forme annulaire et comporte une couronne périphérique de découpe (20). 8 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' au moins un élément d'étanchéité (16, 16') a une surface supérieure plane tournée vers l'organe d'obturation de soupape (9). 9 ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce qu' au moins un élément d'étanchéité a une surface supérieure courbe tournée vers l'organe d'obturation de soupape. 10 ) Soupape selon la revendication, caractérisée en ce que le siège de soupape (10) est un siège plat. 11 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') est réalisée en un élastomère. 12 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (15, 15') est fixée au siège de soupape (10) par collage ou vulcanisation.