Brevet FR2892486A1 — publié le 20070427

La présente invention concerne une valve à ouverture amortie, comprenant un corps de valve, avec une voie d'entrée et une voie de sortie, une tige de soupape apte à se déplacer entre une position fermée dans laquelle ladite tige coopère avec un siège de soupape pour isoler les voies d'entrée et de sortie et une position ouverte dans laquelle la tige est écartée du siège pour mettre les voies d'entrée et de sortie en communication, la valve comprenant une chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape apte à être alimentée en fluide pour solliciter la tige de soupape vers sa position ouverte, un ressort de rappel pour solliciter la tige de soupape vers sa position fermée, un piston apte à coulisser dans le corps selon un déplacement de fermeture pour solliciter un contact entre la tige de soupape et le siège, et des moyens de commande hydraulique du déplacement du piston comprenant une restriction pour différer le déplacement de fermeture du piston par rapport au déplacement de la tige de soupape vers sa position ouverte. L'invention s'applique en particulier à une valve utilisée comme limiteur de pression, c'est-à-dire qui, lorsque la pression à la voie d'entrée atteint une pression limite déterminée, s'ouvre pour relier la voie d'entrée à la voie de sortie et limiter ainsi la pression dans la conduite reliée à la voie d'entrée. En particulier, un tel limiteur de pression est utilisé dans le circuit hydraulique d'alimentation d'un moteur hydraulique, en étant relié aux conduites principales d'alimentation et d'échappement de ce moteur, pour limiter la pression dans ces dernières. Plus précisément, la valve selon l'invention est en particulier une valve de limitation de pression utilisée dans le circuit hydraulique d'alimentation d'un moteur hydraulique destinée à entraîner une masse d'inertie importante. En effet, dans un tel cas, il existe un risque accru de montée en pression brutale dans la conduite principale d'alimentation lors du démarrage du moteur, et de montée en pression brutale dans la conduite d'échappement lors du freinage du moteur. Ces montées en pression sont dues à l'inertie de la masse qui est entraînée. Les valves de limitation de pression classiques présentent l'inconvénient de générer des à-coups importants, du fait de ces montées en pression brutales. En effet, le temps de réponse d'une valve est en général tel que celle-ci s'ouvre alors que le seuil de pression à la voie d'entrée de la valve a déjà été dépassé. L'ouverture de la valve provoque alors une chute brutale de la pression à la voie d'entrée pour la ramener à la pression cible de limitation, et donc un à-coup désagréable. Pour remédier à ces inconvénients des valves classiques, DE 40 33 301 divulgue une valve de limitation de pression à ouverture amortie du type cité en préambule. En effet, cette valve s'ouvre à partir d'un premier seuil intermédiaire inférieur au tarage nominal correspondant à la limitation de pression cible, et permet ensuite une montée progressive de la pression à la voie d'entrée, jusqu'à la pression nominale de tarage. Plus précisément, dans cette valve connue, la tige de soupape peut être écartée de son siège fixe pour ouvrir la valve dès que la pression à la voie d'entrée atteint une valeur intermédiaire correspondant au tarage initial du ressort de rappel de cette tige de soupape. Le piston est disposé autour de la tige de soupape et est en appui sur l'extrémité arrière du ressort, de sorte que ce piston, lorsqu'il est déplacé, augmente les efforts de rappel exercés par le ressort sur la tige de soupape, pour rappeler cette dernière contre son siège. Le déplacement du piston est commandé par l'alimentation en fluide d'une chambre de commande, située à l'arrière du ressort, et reliée à la voie d'entrée par le centre de la tige de soupape, par l'intermédiaire d'une restriction. Le déplacement du piston dans le sens comprimant le ressort ne peut s'opérer qu'au prix de la vidange d'une chambre d'amortissement, cette vidange étant ralentie dans la mesure où elle est réalisée par les passages restreints. Cette particularité permet de retarder le déplacement du piston pour qu'il intervienne après l'ouverture de la valve due au déplacement de la tige de soupape. Lorsque la pression augmente à la voie d'entrée, à partir de la pression de tarage du ressort, plusieurs cycles se produisent pendant lesquels la soupape est tour à tour écartée de son siège en étant déplacée dans une première direction sous l'effet de la pression et rappelée en direction inverse pour venir à nouveau buter contre son siège, sous l'effet de rappel conjugué du piston et du ressort. Ces cycles se réalisent successivement jusqu'à ce que le piston vienne en butée contre un étagement du corps de soupape, position dans laquelle la compression du ressort correspond au tarage nominal de la valve de limitation de pression, de sorte que la valve reste normalement ouverte tant que la pression à sa voie d'entrée est au moins égale à cette pression nominale de tarage. La valve de DE 40 33 301 présente l'inconvénient d'avoir une structure complexe notamment parce que, pour commander le déplace-ment du piston qui lui-même provoque la compression additionnelle du ressort de rappel de la tige de soupape, il faut réaliser dans le corps de valve plusieurs passages de dimensions précises, pour l'alimentation de la chambre de commande et la vidange de la chambre d'amortissement. La longueur de ces passages est significative puisque les chambres de commande et d'amortissement du piston sont situées en arrière du ressort, dans des positions éloignées de la voie d'entrée, qui alimentent ces chambres. La présente invention vise à améliorer cet état de la technique en proposant une valve à ouverture amortie, pouvant notamment être utilisée comme limiteur de pression, ayant une structure plus simple et plus compacte. Au sens de la présente invention, le fait que l'ouverture est amortie signifie qu'avant une ouverture totale de la valve, celle-ci est partiellement ouverte de manière à maîtriser dans le temps, la perte de charge entre les voies d'entrée et de sortie, sans faire brutalement diminuer cette perte de charge. En d'autres termes, la diminution de la perte de charge est amortie. Ce but est atteint grâce au fait que le siège de soupape est formé sur le piston, ce dernier présentant un alésage dans lequel est disposée coulissante la tige de soupape. Selon l'invention, le siège de soupape est mobile. Ainsi, lorsque la pression dans la chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape atteint la valeur de tarage du ressort de rappel de cette tige, celle-ci s'écarte dans un premier temps de son siège pour permettre l'ouverture de la valve. Toutefois, grâce à ses moyens de commande hydrauliques, le piston peut alors se déplacer de telle sorte que le siège "rattrape" la tige de soupape pour refermer la valve. Si la pression continue à augmenter dans la chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape, celle-ci s'écarte à nouveau de son siège, puis ce dernier "rattrape" à nouveau la tige de soupape. L'invention reprend donc le principe ouverture/fermeture de la valve selon des cycles jusqu'à son ouverture maximale, pour rendre cette ouverture progressive. Toutefois, contrairement à DE 40 33 301, le siège de la soupape est mobile, et c'est ce siège qui se déplace pour rattraper la tige de soupape et refermer la valve à la fin de chaque cycle. Ainsi, la tige de soupape n'est pas en elle-même animée de mouvements de va-etvient pour alternativement ouvrir et refermer la valve lors de chaque cycle, mais elle se déplace toujours dans le même sens, et est rattrapée par le siège qui se déplace également dans le même sens. Le fonctionnement est donc plus simple que dans DE 40 33 301, ce qui permet de limiter la durée des cycles d'ouverture/fermeture puisqu'il n'est pas nécessaire, au sein de chaque cycle, d'inverser le déplacement de la tige de soupape. Ainsi, l'amortissement est rendu plus progressif que dans DE 40 33 301. De plus, le piston sur lequel est formé le siège de la soupape n'agit pas directement sur le ressort de tarage. Ses moyens de commande hydraulique peuvent être extrêmement simples, et situés au voisinage de la voie d'entrée, sans nécessité des usinages complexes. Avantageusement, la chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape est ménagée dans le piston et les moyens de commande hydraulique du déplacement du piston comprennent une chambre de commande de fermeture pour le piston qui communique avec ladite chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape. Grâce à ces dispositions, c'est la même source de fluide qui alimente la chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape et la chambre de commande de fermeture pour le piston. Les sections d'alimentation de ces chambres et les sections respectives de poussée du fluide sur la tige de soupape et sur le piston peuvent être telles que la tige de soupape SE) déplace plus rapidement que ce piston, pour ouvrir la valve avant que le piston n'ait pu rattraper cette tige pour la refermer. Toutefois, comme on le verra dans la suite, les moyens de commande hydraulique du déplacement du piston comprennent avantageusement une chambre d'amortissement, qui ralentit le déplacement de fermeture du piston. En particulier, la restriction précitée sert à limiter la circulation de fluide dans le sens de la vidange de cette chambre, nécessaire au déplacement de fermeture du piston. Avantageusement, la chambre de commande d'ouverture pour la tige de soupape communique avec la voie d'entrée. Dans ce cas, la valve à ouverture amortie est en particulier utilisée comme limiteur de pression. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif sur les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 montre un exemple de circuit pouvant utiliser deux valves conforrnes à l'invention comme limiteurs de pression ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une valve selon l'invention ; - la figure 3 est un agrandissement de la zone III de la figure 2 ; et - la figure 4 est un agrandissement de la zone IV de la figure 2. Le circuit de la figure 1 comprend une pompe P, pour l'alimentation en fluide d'un moteur hydraulique M, par deux conduites principales 1, 2 qui servent respectivement à l'alimentation et à l'échappement en fonction de la position d'un sélecteur S. Bien qu'on ait représenté un circuit ouvert (la conduite d'échappement étant reliée à un réservoir R à la pression atmosphérique ou à très faible pression) un circuit fermé est également envisageable. Deux limiteurs de pression classiques 5 servent à limiter la pression dans la conduite principale d'alimentation. Leurs voies d'entrées respectives, 1' et 2', sont respectivement reliées aux conduites 1 et 2, tandis que leurs voies de sorties respectives, 3' et 4', sont reliées à des moyens de gavage G par une conduite 6. Selon une variante classique les limiteurs de pression 5 peuvent avoir leurs voies d'entrée respectives reliées respectivement aux conduites 1 et 2 tandis que leurs voies de sortie respectives sont reliées respectivement aux conduites 2 et 1. Il s'agit de montages classiques pour lesquels deux valves selon l'invention peuvent avantageusement remplacer les limiteurs de pression 5. La valve de l'invention peut également être utilisée comme limiteur de pression pour un circuit du type décrit dans la demande de brevet français n 04 07910 (non publiée), en étant reliée à un sélecteur qui, selon sa position, permet de raccorder à l'entrée de cette valve celle des conduites principales du circuit qui est à la plus haute pression. La valve 8 représentée sur la figure 2 comporte un corps de valve 10 ayant une voie d'entrée 12 et une voie de sortie 14. En l'espèce, ce corps de valve peut être fixé, par exemple par vissage grâce à une portée cylindrique filetée 10A qu'il présente, dans un élément 16 tel qu'une partie du carter d'un moteur hydraulique. La voie d'entrée 12 est en l'espèce formée à l'extrémité 10B du corps de valve qui est située à l'intérieur de cet élément 16, tandis que la voie de sortie 14 communique avec un perçage 14A de l'élément 16. La valve comporte une tige de soupape 18 mobile et un siège de soupape 20, qui est formé à l'extrémité d'un piston 22 et qui est donc également mobile. La valve comprend une chambre de commande d'ouverture 24 pour la tige de soupape qui, lorsqu'elle est alimentée en fluide, sollicite un déplacement de la tige de soupape dans la direction F, c'est-à-dire vers sa position ouverte dans laquelle elle est écartée du siège 20. Un ressort de rappel 26 est disposé dans le corps de valve, pour avoir un effet antagoniste de celui de l'alimentation en fluide de la chambre 24, en tendant à déplacer la tige de soupape en sens inverse du sens F, pour la rappeler vers sa position fermée, contre le siège. Comme indiqué précédemment, le siège de soupape est formé sur le piston 22, à une extrémité de ce dernier. Plus précisément, la tige de soupape est engagée dans un alésage 22A que présente le piston, et cette tige présente une tête élargie 18A qui porte contre le bord de l'alésage 22A, formant le siège 20, pour refermer la valve lorsque la tige de soupape est déplacée dans le sens inverse du sens F par rapport au piston ou lorsque le piston est déplacé dans le sens F par rapport à la tige de soupape. Le déplacement du piston 22 est commandé par des moyens de commande hydraulique. Dans l'exemple représenté, ces moyens de commande comprennent une chambre de commande de fermeture 28 pour le piston, qui est en l'espèce réalisée directement à l'extrémité 10B du corps 10 située en communication avec la voie d'entrée 12. En effet, cette extrémité 10B est ouverte et l'on voit que le piston passe à travers ladite extrémité. Ces moyens de commande hydraulique comprennent également une chambre d'amortissement 30, dont on précisera la conformation dans la suite. La chambre de commande d'ouverture 24 pour la tige de soupape est ménagée dans le piston et communique avec la chambre de commande de fermeture 28 pour le piston. Plus précisément, le piston présente une queue 22B, située à son extrémité opposée au siège 20. L'alésage 22A traverse le piston de part en part et la chambre 24 est ménagée dans un tronçon de cet alésage qui s'étend entre un bouchon 32 de fermeture et l'extrémité arrière 18B de la tige de soupape 18, opposée à sa tête élargie 18A. L'alimentation en fluide de la chambre de commande d'ouver- ture 24 pour la tige de soupape est réalisée comme suit. Le piston présente au 'moins une fenêtre 34 (deux fenêtres en l'espèce) qui est disposée entre l'alésage 22A et une partie périphérique 22C de ce piston qui est située dans la chambre de commande 28. En l'espèce, cette partie périphérique 22C est ménagée, sur la périphérie externe du piston, entre sa portion de contact 22D qui coopère avec la périphérie interne du corps de valve 10, et sa queue 22B. De son côté, la tige de soupape 18 présente une portée axiale 18C qui coopère avec une portion de guidage de l'alésage 22A, située entre la chambre de commande 24 et la fenêtre 34. Comme on le voit sur le détail de la figure 4, un jeu j est ménagé entre cette portée axiale et cette portion de guidage, ce qui permet la communication entre la chambre 24 et la chambre 28. Le jeu j peut être réalisé simplement par un léger sousdimensionnernent du diamètre de la portée axiale 18C par rapport à celui de la portion de guidage de l'alésage 22A. La communication entre la chambre de commande 28 pour le piston et la chambre de commande 24 d'ouverture pour la tige de soupape peut être réalisée par tout autre moyen approprié (stries ou cannelures axiales sur la portée axiale 18C pour faire communiquer la fenêtre 34 et la chambre 24 ou suppression du bouchon 32 de manière à permettre une alimentation et une vidange aisées de cette chambre 24). Cependant la réalisation représentée présente l'avantage d'éviter les vibrations. On relève que, entre la portée axiale 18C et la tête 18A, la tige de soupape présente une portion de cou 18D légèrement plus étroite, pour favoriser le passage non restreint de fluide entre la voie d'entrée 12 et la voie de sortie 14 de la valve lorsque la tête 18A est écartée du siège. Les stries ou cannelures précédemment évoquées s'étendent, lorsqu'elles sont présentent, sur l'intégralité de la portée axiale, entre ce cou 18D et l'extrémité arrière 18B de la tige 18. Les dimensions respectives de la tige de soupape 18 et du piston 22 (notamment en ce qui concerne leurs surfaces respectivement exposées au fluide contenu dans les chambres 24 et 28 et le jeu j précité), et le tarage du ressort 26 sont déterminés de telle sorte que lorsque la pression augmente à la voie d'entrée 12, et donc dans les chambres 28 et 24, la tige de soupape réagit très rapidement à cette augmentation de pression se déplaçant dans le sens F, avant le déplacement du piston 122 dans le même sens. La présence de la chambre d'amortissement 30 favorise ce séquençage des déplacements relatifs de la tige de soupape 18 et du piston 22. En effet, pour permettre le déplacement du piston dans le sens F, il faut que du fluide s'évacue hors de la chambre 30, cette évacuation étant opérée par l'intermédiaire d'une restriction 36. Plus précisément, comme on le voit mieux sur la figure 3, le corps de valve 10 présente une paroi annulaire interne 38 ayant un perçage 40 dans lequel est engagée une extension axiale 22E du piston, qui porte le siège de soupape 20 à son extrémité libre. La portion de contact 22D du piston coopère quant à elle avec la périphérie interne du corps de valve 10 du côté de cette paroi annulaire interne 38 qui est opposé à la voie de sortie 14. La chambre d'amortissement 30 est ménagée entre cette paroi annulaire interne et cette portion 22D du piston. La restriction 36 est disposée entre la chambre d'amortissement 30 et la voie de sortie 14 et, plus précisément, dans la paroi annulaire interne 38 qui présente à cet effet un perçage additionnel approprié. Comme on le voit sur la figure 2, la portion 22D du piston est équipée d'un joint d'étanchéité 42 qui assure un contact étanche entre la périphérie externe de ce piston et la périphérie interne du corps de valve 10. La chambre d'amortissement 30 est donc située à l'avant de la portion 22D du piston dans son sens de déplacement F. Il faut noter que l'extension axiale 22E précitée contribue au guidage du déplacement du piston en coopérant avec la paroi du perçage 40 dans lequel elle s'étend. Si l'on considère le piston depuis son siège 20 jusqu'à son extrémité opposée, on constate qu'il comporte successivement l'extension axiale 22E, la portion 22D de diamètre augmenté formant un flasque, et la portion de queue 22B. Les fenêtres 34 s'étendent entre la portion 22D et cette portion de queue 22B. La valve comporte un clapet anti-retour 44, mieux visible sur la figure 3, qui autorise une circulation de fluide sensiblement non restreinte entre la voie de sortie 14 et la chambre d'amortissement 30, dans le sens de l'alimentation en fluide de cette chambre. En l'espèce, ce clapet anti- retour est disposé dans la paroi annulaire interne 38 qui présente à cet effet un perçage additionnel approprié. Ainsi, la circulation du fluide dans le sens sortant de la chambre 30 est limitée par la restriction 36, tandis que l'alimentation en fluide de cette chambre est sensiblement libre. Le fonctionnement de la valve est décrit ci-après. Lorsque la pression augmente dans la chambre 28 et dans la chambre 24, jusqu'à ce que la pression dans la chambre 24 atteigne le tarage du ressort 26, la tige de soupape 18 est déplacée dans le sens F pour ouvrir la valve. Toutefois, du fluide s'échappant de la chambre d'amortissement 30 de manière restreinte, le piston 22 peut ensuite se déplacer également dans le sens F pour rattraper la tête 18A de la tige de soupape 18 et refermer la valve. Si la pression continue à augmenter dans les chambres 28 et 24, la tige de soupape se déplace à nouveau dans le sens F pour ouvrir la valve, et celle-ci a été ensuite refermée par un déplacement du piston consécutif à l'évacuation de fluide hors de la chambre 30. Ces déplacements successifs peuvent se poursuivre jusqu'à ce que le piston ait atteint sa position maximum, dans laquelle il vient en butée contre la paroi annulaire 38. Lorsque la valve est ainsi complètement ouverte, elle permet une communication non restreinte entre la voie d'entrée 12 et la voie de sortie 14 en particulier, s'agissant d'un limiteur de pression, pour limiter la pression du fluide en entrée en évacuant le volume de fluide en excès à la voie d'entrée 12 vers la voie de sortie 14. S'il est nécessaire de fermer rapidement la valve, en particulier en raison d'une diminution de la pression à la voie d'entrée 12, ceci est rendu possible grâce au fait que la chambre d'amortissement 30 est alimentée sans restriction, ce qui sollicite un déplacement du piston dans le sens opposé au sens F, le ressort 26 repoussant quant à lui la tige de soupape dans le même sens, tandis que, la pression ayant diminué à la voie d'entrée 12 par rapport au tarage de la valve, les chambres de commande 24 et 28 n'empêchent pas ce déplacement. On voit sur la figure 2 que le ressort 26 porte une cale de rappel 46 qui est en appui contre la tête de la tige de soupape. En l'espèce, cette tête est convexe, tandis que la cale de rappel 46 présente un renfoncement de calage 46A pour cette tête, ce qui permet un centrage entre le ressort et la tige de soupape, lors du déplacement de cette dernière. Le tarage du ressort peut être modifié par une vis de réglage 48, déplaçable dans un bouchon 50 du corps de valve et coopérant avec l'extrémité du ressort opposée à la cale 46. REVENDICATIONS 1. Valve à ouverture amortie, comprenant un corps de valve (10), avec une voie d'entrée (12) et une voie de sortie (14), une tige de soupape (18) apte à se déplacer entre une position fermée dans laquelle ladite tige coopère avec un siège de soupape (20) pour isoler les voies d'entrée et de sortie et une position ouverte dans laquelle la tige est écartée du siège pour mettre les voies d'entrée et de sortie (12, 14) en communication, la valve comprenant une chambre de commande d'ouverture (24) pour la tige de soupape apte à être alimentée en fluide pour solliciter la tige de soupape vers sa position ouverte, un ressort de rappel (26) pour solliciter la tige de soupape vers sa position fermée, un piston (22) apte à coulisser dans le corps (10) selon un déplacement de fermeture pour solliciter un contact entre la tige de soupape (18) et le siège (20), et des moyens (28, 30) de commande hydraulique du déplacement du piston comprenant une restriction (36) pour différer le déplacement de fermeture du piston (22) par rapport au déplacement de la tige de soupape (18) vers sa position ouverte, caractérisée en ce que le siège de soupape (20) est formé sur le piston (22), ce dernier présentant un alésage (22A) dans lequel est disposée coulissante la tige de soupape (18). 2. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de commande d'ouverture (24) pour la tige de soupape (18) est ménagée dans le piston (22) et en ce que les moyens de commande hydraulique du déplacement du piston comprennent une chambre de commande de fermeture (28) pour le piston (22) qui communique avec ladite chambre de commande d'ouverture (24) pour la tige de soupape. 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston (22) présente au moins une fenêtre (34) disposée entre l'alésage (22A) et une partie périphérique (22C) du piston (22) qui est située dans la chambre de commande de fermeture (28) pour le piston, et en ce que la tige de soupape (18) présente une portée axiale (18C) apte à coopérer avec une portion de guidage de l'alésage (22A) située entre la chambre de commande d'ouverture (24) pour la tige de soupape et ladite fenêtre (34), un jeu (j) ménagé entre ladite portée axiale (18C) et ladite portion de guidage permettant la communication entre la chambre de commanded'ouverture (24) pour la tige de soupape (18) et la chambre de commande de fermeture (28) pour le piston (22). 4. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre de commande d'ouverture (24) pour la tige de soupape (18) communique avec la voie d'entrée (12). 5. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que corps de valve (10) présente une paroi annulaire interne (38) ayant un perçage (40), en ce que le piston (22) présente une extension axiale (22E), qui porte le siège de soupape (20) et qui est engagée dans ledit perçage, et une portion de contact (22D) qui coopère avec la périphérie interne du corps de valve (10) d'un côté de ladite paroi annulaire interne opposé à la voie de sortie (14), en ce que les moyens de commande hydraulique du déplacement du piston comprennent une chambre d'amortissement (30) qui est ménagée entre ladite paroi annulaire interne (38) et ladite portion de contact (22D) du piston (22) et en ce que la restriction (36) est disposée entre la chambre d'amortissement (30) et la voie de sortie (14). 6. Valve selon la revendication 5, caractérisée en ce que la restriction (36) est disposée dans la paroi annulaire interne (38). 7. Valve selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un clapet anti-retour (44) autorisant une circulation de fluide sensiblement non restreinte entre la voie de sortie (14) et la chambre d'amortissement (30) dans le sens de l'alimentation en fluide de ladite chambre. 8. Valve selon la revendication 7, caractérisée en ce que le clapet antiretour (44) est disposé dans la paroi annulaire interne (38). 9. Valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le ressort (26) porte une cale de rappel (46) qui est en appui contre la tête (18A) de la tige de soupape (18). 10. Valve selon la revendication 9, caractérisée en ce que la tête (18A) de la tige de soupape (18) est convexe, tandis que la cale de rappel (46) présente un renfoncement de calage pour ladite tête.