Brevet FR2902465A1 — publié le 20071221

DISPOSITIF ANTI-ENCRASSEMENT POUR VANNE EGR DE MOTEUR THERMIQUE, et VANNE EGR INCORPORANT UN TEL DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif anti- encrassement pour vanne EGR de moteur thermique, en particulier de moteur de véhicule. Elle concerne également une vanne EGR qui incorpore un tel dispositif antiencrassement. La vanne EGR (acronyme de Exhaust Gaz Recirculation pour re-circulation des gaz d'échappement ) a été mise en place sur la ligne d'échappement pour combattre les mauvais rendements d'un moteur thermique en terme de pollution. La fonction principale de la vanne EGR est de permettre l'introduction d'une masse donnée de gaz d'échappement dans les gaz d'admission afin de réduire la quantité de polluants émise, les gaz brûlés une seconde fois dans le moteur étant en principe moins polluants. Le principal problème rencontré actuellement sur une vanne EGR est un problème d'encrassement. Les gaz qui recirculent sont chargés de particules qui favorisent les mécanismes d'encrassement (suies, NOx). Les suies, en particulier, en refroidissant, encrassent le circuit d'admission et surtout la vanne EGR qui empêche alors la respiration normale du moteur, lequel perd sa puissance et son rendement. Cet encrassement de la vanne EGR intervient au niveau de la surface de contact entre la tête de soupape et le siège de soupape ; il intervient aussi au niveau de l'espace entre le guide de soupape et la tige de soupape. Dans le premier cas, il y a un risque de collage de la tête de soupape sur son siège pouvant aller jusqu'à empêcher l'ouverture de la vanne. Dans le second cas, il y a un risque de blocage du mouvement de la soupape dans son guide, et par conséquent un blocage de la soupape qui entraîne un débit continu de gaz d'échappement remis en circulation et donc une baisse de la puissance du moteur. On connaît, selon le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 027 781, un système perfectionné de vanne EGR qui comporte un filtre métallique résistant aux hautes températures, fixé à l'orifice d'entrée d'une garniture carbone pour rendre étanche la vanne EGR et réaliser une barrière efficace contre l'entrée dans la vanne de grosses particules de carbone d'échappement qui pourraient l'encrasser. Il s'agit en fait d'un filtre du courant des fluides dans la vanne EGR, qui combine une garniture de carbone et une grille en acier inoxydable. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif anti-encrassement pour vanne EGR de moteur thermique, qui soit différent des solutions techniques de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de réaliser un tel dispositif anti-encrassement qui empêche non seulement l'encrassement de la tige de soupape, mais qui également empêche les particules d'encrassement de s'introduire entre la tige de soupape et le guide de soupape. Un autre but de la présente invention est de réaliser un tel dispositif anti-encrassement, qui soit de conception simple et de montage facile, robuste et fiable. C'est également un but de la présente invention de réaliser une vanne EGR, qui soit sans phénomène d'encrassement au niveau de la tige de soupape, au niveau de l'interface entre cette tige et le guide de soupape. C'est encore un but de la présente invention de réaliser une vanne EGR, qui ne puisse pas encrasser le moteur, et lui faire perdre de la puissance et du rendement. Pour atteindre ces buts, la présente invention réalise un nouveau dispositif anti-encrassement pour vanne EGR de moteur thermique, ladite vanne comprenant un corps de vanne dans lequel est logé un guide de soupape pour le guidage d'une soupape avec une tête et une tige, lequel dispositif anti-encrassement est constitué par une pièce dite protecteur , solidaire de ladite soupape, qui isole la tige de soupape des gaz d'échappement quelque soit la position de la soupape. Ce protecteur présente une forme de révolution d'axe sensiblement identique à l'axe longitudinal de la tige de 5 soupape. Selon la présente invention, le protecteur est rendu solidaire de la soupape par une première extrémité, tandis que la seconde extrémité du protecteur est libre et coulisse dans une rainure du corps de vanne sans sortir de ladite 10 rainure, quelque soit la position de la soupape. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, ladite première extrémité du protecteur est fixée par soudage sur la tête de soupape. En variante, ladite première extrémité du protecteur 15 est fixée par soudage sur la tige de soupape, au niveau de la liaison de cette dernière avec la tête de soupape. De préférence, le protecteur présente une forme conique dans sa partie de base proche de sa première extrémité, et une forme cylindrique dans sa partie de sommet 20 proche de sa seconde extrémité. De plus, ladite rainure du corps de vanne est une rainure annulaire en concordance de forme avec ladite partie de sommet du protecteur. Selon la présente invention également, le protecteur est réalisé en métal résistant aux hautes températures des 25 gaz d'échappement, comme par exemple, de l'acier inoxydable. De manière préférentielle, le diamètre extérieur maximal du protecteur est inférieur au diamètre extérieur de la tête de soupape. De manière préférentielle également, le protecteur est 30 obtenu à partir d'un matériau en feuille, formé et replié bord à bord sur lui-même, les deux bords étant ensuite fixés ensemble. Et de préférence, les deux bords sont fixés ensemble par soudage. 35 L'invention fournit également une nouvelle vanne EGR de moteur thermique. Cette nouvelle vanne comporte une soupape pour le passage ou le blocage de gaz d'échappement vers l'admission, ladite soupape étant constituée d'une tête de soupape et d'une tige de soupape montée à coulissement dans un guide de soupape, et un dispositif anti-encrassement conforme à celui décrit précédemment dans ses grandes lignes, de façon à empêcher les gaz d'échappement d'entrer dans l'espace compris entre la tige de soupape et le guide de soupape. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe, schématique, d'une vanne EGR de moteur thermique, -la figure 2 est une vue en coupe longitudinale, schématique, du dispositif anti-encrassement selon la présente invention, dans l'hypothèse d'une soupape de type soupape rentrant dans son guide pour laisser passer les gaz EGR, avec la vanne en position ouverte, - la figure 3 représente le dispositif de la figure 2, avec la vanne en position fermée, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, schématique, du dispositif anti-encrassement selon la présente invention, dans l'hypothèse d'une soupape de type soupape sortant de son guide pour laisser passer les gaz EGR, avec la vanne en position fermée, - la figure 5 représente le dispositif de la figure 4, avec la vanne en position ouverte, - la figure 6 est une vue en perspective du protecteur 30 du dispositif anti-encrassement, selon la présente invention. Le dessin de la figure 1 représente, de manière schématique, un système de vanne EGR de moteur thermique. Un tel système est essentiellement formé d'une soupape, qui est 35 constituée d'une tige 7 et d'une tête 5, et qui, selon sa position, permet ou empêche le passage de gaz d'échappement du conduit provenant de l'échappement - référencé E - vers le conduit dirigé vers l'admission -référencé A. Ce flux de gaz d'échappement est illustré par les flèches C. La soupape est actionnée par un moteur électrique 2 (ou par une membrane) et coulisse dans le guide de soupape, référencé 3. Le guide de soupape 3 est monté fixe dans le corps de vanne 4. La tête de soupape 5 vient en contact avec le siège de soupape 6, monté fixe sur le corps de vanne 4, en position fermée de la vanne EGR, pour empêcher le passage des gaz d'échappement C du conduit E vers le conduit A. La soupape a pour fonction de réguler la quantité de gaz d'échappement C introduite dans les gaz d'admission, c'est-à-dire venant de E pour aller vers A. Cette régulation est obtenue par le mouvement de translation de plus ou moins grande amplitude commandé par le moteur électrique 2 (ou une membrane selon le type d'actionneur). L'introduction de gaz d'échappement dans les gaz d'admission n'est pas souhaitée sur tous les points de fonctionnement du moteur thermique. Ainsi, dans certaines situations et sous certaines conditions, il n'est pas nécessaire d'introduire des gaz d'échappement dans les gaz d'admission ; il faut alors, dans de tels cas, fermer la soupape : la tête de soupape 5 vient s'appuyer sur le siège de soupape 6, et ce contact garantit l'étanchéité du système de vanne en empêchant toute nouvelle introduction de gaz d'échappement C dans les gaz d'admission. Le guide de soupape 3 doit permettre un mouvement aisé de la soupape dans toutes les conditions. A cette fin, il faut que l'interface guide de soupape 3 - tige de soupape 7 soit le plus propre possible et le reste. Comme déjà mentionné précédemment dans l'exposé, des particules peuvent s'introduire dans l'espace d'ajustement entre la tige de soupape 7 et le guide de soupape 3, bloquer la soupape qui délivre alors un débit continu de gaz EGR, et faire chuter la puissance et le rendement du moteur. De même, lorsque la vanne EGR est ouverte, la tige de soupape 7 est noyée dans les gaz d'échappement et s'encrasse. Dans le cas, par exemple, où la cinématique d'ouverture de la vanne EGR est du type à soupape sortant du guide pour laisser passer les gaz , les particules d'encrassement provoquent une augmentation du diamètre de la tige de soupape 7, et empêche cette dernière de rentrer dans le guide 3 pour fermer la vanne EGR et couper le courant de gaz EGR en réintroduction dans les gaz d'admission. Cela a pour conséquence de bloquer la vanne, d'engendrer un débit constant de gaz EGR et de faire chuter la puissance et le rendement du moteur thermique. On a représenté sur le dessin des figures 2 et 3 un exemple de réalisation de la présente invention. Ce premier exemple s'applique à une vanne EGR dans laquelle la soupape est de type soupape rentrant dans son guide pour laisser passer les gaz EGR. La soupape est constituée de la tige de soupape 7, guidée en translation par l'alésage du guide de soupape 3, et de la tête de soupape 5, qui vient en contact avec le siège de soupape 6 pour fermer la vanne EGR. Le guide de soupape 3 et le siège de soupape 6 sont montés fixes sur le corps de vanne 4. Il est prévu une pièce métallique, appelée protecteur et référencée 10, qui entoure complètement la tige de soupape 7 sur toute sa partie sortie du guide de soupape 3, c'est-à-dire entre l'orifice d'entrée du guide 3 et la tête de soupape 5. Le protecteur 10 présente une forme de révolution d'axe identique ou sensiblement identique à l'axe longitudinal de la tige de soupape 7. Le protecteur métallique 10 est rigidement fixé, par une de ses extrémités dite première extrémité , à la tête de soupape 5, sur la face de la tête 5 opposée à la face destinée à venir en contact avec le siège de soupape 6. A titre d'exemple, cette première extrémité du protecteur 10 peut être soudée à la tête de soupape 5 au moyen d'une soudure représentée en 12 (figure 3). Le protecteur métallique 10 présente, de préférence, une forme conique ou sensiblement conique dans sa partie de base 10a, située près de la tête de soupape 5, et une forme cylindrique ou sensiblement cylindrique dans sa partie de sommet 10b, située près de l'orifice d'entrée du guide 3, les deux parties 10a et 10b étant reliées par une partie de transition 10c. L'extrémité du protecteur 10 située près de son sommet, désignée aussi seconde extrémité , se loge sur tout son pourtour dans une rainure annulaire 11 du corps de vanne 4. Le protecteur 10 n'est pas fixé au corps de vanne 4, mais peut, au contraire, coulisser dans la rainure annulaire 11. La profondeur de la rainure annulaire 11 est d'une valeur telle que, quelque soit la position de la soupape, l'extrémité du protecteur 10 proche de son sommet se situe toujours dans la rainure annulaire 11. Lorsque la soupape se déplace dans le sens d'ouverture (figure 2) ou dans le sens de fermeture (figure 3) de la vanne, le protecteur 10, solidaire en translation de la soupape, se déplace dans la rainure annulaire 11 sans en sortir complètement, ce qui a pour résultat d'empêcher tout passage de gaz d'échappement vers l'interface tige de soupape 7 - guide de soupape 3 . Le protecteur 10 et son moyen de fixation empêchent la tige de soupape 7 de baigner dans les gaz d'échappement. Le protecteur 10 et son moyen de fixation empêchent également les gaz d'échappement de s'introduire dans l'espace entre la tige de soupape 7 et le guide de soupape 3. Sur le dessin des figures 4 et 5, on a représenté le même dispositif anti-encrassement de la présente invention, appliqué à une vanne EGR dans laquelle la cinématique de la soupape n'est plus, comme dans l'exemple des figures 2 et 3, une soupape de type rentrant dans le guide pour laisser passer les gaz , mais une soupape de type sortant du guide pour laisser passer les gaz . Les éléments des figures 4 et 5 identiques à ceux des figures 2 et 3 portent les mêmes références numériques, et ne sont pas décrits en détails. Lorsque la soupape se déplace dans le sens d'ouverture (figure 5) ou dans le sens de fermeture (figure 4) de la vanne, le protecteur 10, solidaire en translation de la soupape, se déplace, comme dans l'exemple précédent, dans la rainure annulaire 11 sans en sortir complètement, ce qui a pour résultat d'empêcher tout passage de gaz d'échappement vers l'interface tige de soupape 7 - guide de soupape 3 . Le protecteur 10 et son moyen de fixation empêchent la tige de soupape 7 de baigner dans les gaz d'échappement. Le protecteur 10 et son moyen de fixation empêchent également les gaz d'échappement de pénétrer dans l'espace entre la tige de soupape 7 et le guide de soupape 3. Comme dans l'exemple précédent des figures 2 et 3, la profondeur de la rainure annulaire 11 pratiquée dans le corps de vanne 4 de l'exemple des figures 4 et 5 est d'une valeur telle que, quelque soit la position de la soupape, l'extrémité du protecteur 10 proche de son sommet ( seconde extrémité ) se situe toujours dans la rainure annulaire 11. Sur le dessin de la figure 6, on a représenté en perspective le protecteur 10. Le protecteur 10 est réalisé à partir d'un matériau soudable, de manière à rendre possible sa fixation par soudage sur la tête de soupape 5 ou sur la tige de soupape 7. De plus, ce matériau constitutif du protecteur 10 est un matériau qui résiste aux hautes températures qui sont celles des gaz d'échappement. La fabrication du protecteur 10 est une fabrication de matériau en feuille. On part d'une tôle plane, et on forme par emboutissage la partie de transition 10c entre les parties 10a et 10b. La tôle est ensuite repliée sur elle-même pour obtenir la forme de révolution finale. Les bords en contact de la forme de révolution repliée sur elle-même sont soudés ensemble sur toute la hauteur du protecteur 10 (soudure 13 sur la figure 6). Le protecteur peut être soudé sur la tête de soupape ou sur la tige de soupape, après que la tête et la tige de soupape aient été soudées ensemble. Etant donné que le diamètre extérieur maximal du protecteur 10 est inférieur au diamètre extérieur de la tête de soupape 5, le procédé de montage de l'ensemble constitué par la tête de soupape 5, la tige de soupape 7 et le protecteur 10, dans le corps de vanne 4 ne change pas par rapport aux procédés de montage actuels. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif anti-encrassement pour vanne EGR de moteur thermique, ladite vanne comprenant un corps de vanne (4) dans lequel est logé un guide de soupape (3) pour le guidage d'une soupape avec une tête (5) et une tige (7), caractérisé en ce qu'il comporte un protecteur (10), solidaire de ladite soupape, isolant la tige de soupape (7) des gaz d'échappement quelque soit la position de la soupape. 2. Dispositif anti-encrassement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit protecteur (10) présente une forme de révolution d'axe sensiblement identique à l'axe longitudinal de la tige de soupape (7). 3. Dispositif anti-encrassement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit protecteur (10) est rendu solidaire de la soupape par une première extrémité, tandis que la seconde extrémité est libre et coulisse dans une rainure (11) du corps de vanne (4) sans sortir de ladite rainure (11) quelque soit la position de la soupape. 4. Dispositif anti-encrassement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première extrémité du protecteur 25 (10) est soudée sur la tête de soupape (5). 5. Dispositif anti-encrassement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première extrémité du protecteur est soudée sur la tige de soupape (7), au niveau de la liaison de cette dernière avec la tête de soupape (5). 30 6. Dispositif anti-encrassement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le protecteur (10) présente une forme conique dans sa partie de base (10a) proche de sa première extrémité. 7. Dispositif anti-encrassement selon l'une quelconque 35 des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le protecteur (10) présente une forme cylindrique dans sa partie de sommet (10b) proche de sa seconde extrémité, et ence que ladite rainure (11) du corps de vanne (4) est une rainure annulaire en concordance de forme avec ladite partie de sommet (10b) du protecteur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit protecteur (10) est réalisé en métal résistant aux hautes températures des gaz d'échappement. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le diamètre 10 extérieur maximal du protecteur (10) est inférieur au diamètre extérieur de la tête de soupape (5). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le protecteur (10) est obtenu à partir d'un matériau en feuille, formé et 15 replié bord à bord sur lui-même, les deux bords étant ensuite fixés ensemble. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux bords sont fixés ensemble par soudage (13). 20 12. Vanne EGR de moteur thermique, qui comprend une soupape pour le passage ou le blocage de gaz d'échappement vers l'admission, ladite soupape étant constituée d'une tête de soupape (5) et d'une tige de soupape (7) montée à coulissement dans un guide de soupape (3), caractérisée en 25 ce qu'il est prévu, de plus, un dispositif anti-encrassement conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11 qui empêche les gaz d'échappement d'entrer dans l'espace entre ladite tige de soupape (7) et ledit guide de soupape (3).