Brevet FR2912779A1 — publié le 20080822

Ligne d'échappement de véhicule automobile comportant une vanne motorisée L'invention concerne en général les lignes d'échappement de véhicule automobile. Plus précisément, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicule au- tomobile comportant une vanne motorisée, la vanne motorisée comprenant : - un corps de vanne susceptible d'être traversé par des gaz d'échappement de pression inférieure à une pression maximum, - un volet mobile déplaçable à l'intérieur du corps de vanne, un actionneur de commande du volet mobile pourvu d'une enveloppe liée au corps de vanne et délimitant un volume interne, et d'un organe d'entraînement disposé dans ledit volume interne et lié au volet, le corps de vanne présentant à cet effet un orifice de passage dans lequel est engagé l'organe d'entraînement, - des moyens pour empêcher les fuites de gaz d'échappement de l'intérieur du corps de vanne vers le volume interne de l'enveloppe à travers l'orifice de passage. Une telle ligne d'échappement est connue du document FR-A-2 834 037, dans lequel les fuites de gaz d'échappement vers le volume interne de l'enveloppe sont empêchées à l'aide de garnitures disposées autour de l'axe d'entraînement du volet. Les garnitures d'étanchéité disposées autour de l'axe subissent des variations de température importantes, et sont exposées aux gaz d'échappement. Elles sont ré- alisées dans un matériau adapté à cet environnement, par exemple en céramique, et sont particulièrement onéreuses. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une ligne d'échappement dans la-quelle les fuites au passage de l'organe de commande à travers le corps de vanne sont empêchées par des moyens plus économiques. A cette fin, l'invention porte sur une ligne d'échappement du type précité, caractérisé en ce que les moyens pour empêcher les fuites comprennent des moyens pour insuffler dans le volume interne de l'enveloppe un gaz à une pression supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement. La ligne d'échappement peut également présenter une ou plusieurs des caracté- ristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le gaz insufflé dans le volume interne de l'enveloppe est de l'air ; - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe comprennent un compresseur d'air et des moyens pour mettre en communication une sor- tie d'air comprimé du compresseur avec une entrée d'air ménagée dans l'enveloppe ; - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe comprennent des moyens pour régler la pression du gaz insufflé à une valeur supérieure de 2 à 2000 mbar à ladite pression maximum des gaz d'échappement ; et - les moyens pour insuffler le gaz dans le volume interne de l'enveloppe corn- prennent des moyens pour régler le débit du gaz insufflé de manière à assurer une vitesse de circulation des gaz à travers l'orifice de passage suffisante pour empêcher que de petits vortex de gaz d'échappement pénètrent dans le volume interne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en réfé- rence à la figure annexée représentant une vue schématique en coupe de la vanne motorisée. La vanne 10 représentée sur la figure unique est une vanne motorisée implantée dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. La vanne motorisée 10 comporte un corps de vanne 12, et un volet d'obturation 14 mobile, déplaçable à l'intérieur du corps de vanne 12. Le corps de vanne 12 comporte un tronçon tubulaire 16 raccordé par une extrémité à une partie amont de la ligne d'échappement, et par son extrémité opposée, à une partie aval de ladite ligne d'échappement. Le tronçon tubulaire 16 définit intérieurement un conduit tubulaire 18 de section circulaire. Le volet mobile 14 présente la forme d'un disque. Il est monté rotatif à l'intérieur du conduit 18. L'articulation du volet s'effectue autour d'un axe X-X s'étendant suivant un diamètre du volet et du conduit tubulaire 18. La vanne motorisée 10 comporte également des moyens 20 de commande du volet mobile 14, pourvus d'un actionneur 22, d'une enveloppe 24 soudée de manière étanche sur une surface extérieure du corps de vanne et délimitant intérieurement un volume interne 26, et d'une tige d'entraînement 28 disposée dans ledit volume interne 26 et reliant l'actionneur 22 au volet 14. L'enveloppe 24 est soudée de manière étanche sur le corps de vanne 12. II pré-sente à l'opposé du corps de vanne 12, un fond 29 percé d'un trou 30 de passage de la tige 28. L'actionneur 22 comprend typiquement un moteur électrique couplé à un réducteu r. La tige 28 est disposée essentiellement dans le volume interne 26 de l'enveloppe 24, et présente une première partie d'extrémité 32 faisant saillie hors de l'enve- loppe 24 à travers le trou 30. La partie 32 est accouplée au réducteur de l'actionneur 22. La tige 28 présente également une seconde partie d'extrémité 34, opposée à la première, rigidement fixée au disque 14. A cette fin, le tronçon tubulaire 16 du corps de vanne présente un orifice de pas-sage 36 ménagé dans la zone dudit tronçon tubulaire recouverte par l'enveloppe 24. L'orifice 36 débouche donc dans le volume interne 26 de l'enveloppe. La partie d'extrémité 34 de la tige est engagée dans l'orifice 36 et fait saillie à l'intérieur du conduit tubulaire 18. La partie 34 est fixée rigidement au volet 14 par tous moyens adaptés, par exemple par soudage. La section de passage de l'orifice 36 est supérieure à la section droite de la par- tie d'extrémité 34 de la tige, de telle sorte qu'il existe un interstice 38 libre sur toute la périphérie de la tige 32, entre la partie d'extrémité 34 et le bord de l'orifice 36. Cet interstice 38 met en communication le volume interne 26 de l'enveloppe et le conduit tubulaire 18. Le volet 14 porte à l'opposé de la tige 28 un bout d'axe 40 s'étendant parallèle- ment et dans le prolongement de la tige 28. Le bout d'axe 40 est engagé dans une douille 42 rapportée sur le tronçon tubulaire 16. La douille 42 est soudée étanche sur le tronçon 16. Elle définit un espace interne étanche vis-à-vis de l'atmosphère ambiante et communiquant seulement avec le conduit tubulaire 18 par l'intermédiaire d'une lumière ménagée dans le tronçon tubulaire 16 pour laisser passer le bout d'axe 40. Un palier 46 est rigidement fixé dans l'espace interne 44. Le bout d'axe 40 est engagé dans le palier 46, qui assure ainsi le guidage en rotation du volet 14. Un collet 48 est rigidement fixé à la tige 28. Le collet 48 est situé à l'intérieur de l'espace interne 26 de l'enveloppe. Des rondelles élastiques de type Belleville 50 dis-posées tête-bêche autour de la tige 28 sont interposées entre le fond 29 de l'enveloppe et le collet 48. Les rondelles élastiques 50 sollicitent axialement, par l'intermédiaire du collet 48, la tige 28, le volet 14 et le bout d'axe 40, vers la droite de la figure unique. Cette sollicitation a pour effet de maintenir le bout d'axe 40 pressé contre le fond 52 de la douille. La vanne 10 comprend des moyens 54 pour empêcher les fuites de gaz d'échappement depuis l'intérieur du corps de vanne 12 vers le volume interne 26 de l'enveloppe à travers l'orifice de passage 36. Ces moyens 54 comprennent un compresseur d'air 56, pourvu d'une entrée d'aspiration 58 et d'une sortie d'air comprimé 60, des tuyauteries 62 mettant en communication la sortie d'air comprimé 60 du compresseur avec une entrée d'air 64 ménagée dans l'enveloppe 24 et des moyens 66 pour régler la pression et le débit de l'air insufflé par le compresseur 56 dans le volume in- terne 26 de l'enveloppe. Le compresseur 56 aspire l'air dans l'atmosphère par l'entrée 58. De manière à assurer un sens d'écoulement de l'air depuis le volume interne 26 vers le conduit tubulaire 18, la pression de l'air entrant dans le volume interne 26 en provenant du compresseur 56 est réglée par les moyens 66 à une valeur supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement circulant à travers le conduit tubulaire 18. Typiquement, la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit tubulaire 18 varie de façon sensiblement cyclique, de manière synchronisée avec l'ouver- ture des soupapes d'échappement des chambres de combustion du moteur. Plus précisément, la pression des gaz d'échappement varie à l'intérieur du conduit tubulaire 18 entre 0 et 4 bars relatifs pour un moteur à essence, et entre 0 et 7 bars relatifs pour un moteur diesel. La pression de l'air comprimé refoulé par le compresseur 56, à l'entrée du vo- lume interne 26, est supérieure à la pression maximale des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit 18, avec un écart compris entre 2 mbar et 2000 mbar. De préférence, on choisit un écart compris entre 10 mbar et 1000 mbar. Pour les valeurs de pression des gaz d'échappement indiquées ci-dessus, on choisira donc typiquement une pression d'air à l'entrée 64 du volume interne 26 supérieure de quelques centaines de millibars à la pression maximale des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit 18. Le débit d'air refoulé par le compresseur 56 vers le volume interne 26 est choisi de manière à assurer une vitesse de circulation de l'air à travers l'interstice 38 suffisante, quelle que soit la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit tubulaire 20. On entend par vitesse suffisante une vitesse d'air telle qu'il n'est pas possible que de petits vortex de gaz d'échappement passent à travers l'interstice 38 et pénètrent dans le volume interne 26 à contre-courant de l'air circulant depuis le volume 26 vers le volume interne 18. Les moyens 66 pour régler le débit et la pression de l'air refoulé par le compresseur 56 comprennent des moyens 68 de commande du compresseur 56, de type connu, et qui ne seront donc pas décrits ici. Les moyens 66 peuvent également comprendre des restrictions 70 et des vannes de réglage 72, réparties le long de la tuyauterie 62. Le fonctionnement de la vanne va maintenant être brièvement décrit. L'actionneur 22 permet de déplacer, par l'intermédiaire de la tige 28, le volet 14 en rotation autour de l'axe X-X. Le volet 14 est ainsi susceptible d'adopter au moins deux positions dans le conduit 18. Par ailleurs, de l'air est aspiré par le compresseur 56 et est refoulé à travers la tuyauterie 62 jusqu'à l'intérieur du volume interne 26 de l'enveloppe. La pression de l'air à l'intérieur du volume 26 est toujours supérieure à la pression des gaz d'échappement dans le conduit 18, avec un écart tel que l'air s'écoule du volume interne 26 à travers l'interstice 38 jusque dans le conduit 18. Il se mélange aux gaz d'échappement dans le conduit 18 et est rejeté, avec ces gaz d'échappement, à l'extrémité aval de la ligne d'échappement. Le débit d'air à travers l'interstice 38 est un débit de fuite, suffisamment faible par rapport au débit des gaz d'échappement pour ne pas modifier notablement la composition chimique des gaz d'échappement ni la température moyenne de ce gaz, mais suffisamment élevé pour assurer un sens de circulation d'air constant du volume in-terne 26 vers le conduit 18. La ligne d'échappement décrite ci-dessus présente de multiples avantages. Du fait que les moyens pour empêcher les fuites comprennent des moyens pour insuffler dans le volume interne de l'enveloppe un gaz à une pression supérieure à la pression maximum des gaz d'échappement, l'utilisation de garnitures d'étanchéité coû- teuses n'est plus nécessaire. Les fuites sont ainsi empêchées de manière particulière-ment économique, notamment quand il existe une source d'air comprimé à bord du véhicule. Les moyens pour empêcher les fuites à travers l'orifice de passage de la tige d'entraînement du volet ne comprennent pas de pièce susceptible de s'user du fait du cyclage thermique ou de l'exposition aux gaz d'échappement. De plus, l'air insufflé dans le volume interne de l'enveloppe contribue au refroidissement de la tige et des rondelles Belleville. La ligne d'échappement peut présenter de multiples variantes. L'actionneur 22 peut ne pas être un moteur électrique couplé à un réducteur, mais plutôt être de type linéaire, et déplacer la tige d'entraînement 28 par l'intermédiaire d'une manivelle. Le gaz insufflé dans le volume intérieur de l'enveloppe peut ne pas être de l'air, mais par exemple être un gaz neutre comme de l'argon. La source de gaz peut ne pas être un compresseur d'air, mais être une bouteille de gaz comprimé associée à un détendeur. La ligne d'échappement peut comporter un capteur de pression des gaz d'échappement à l'intérieur du corps de valve et des moyens pour piloter le compresseur de manière à faire varier la pression de gaz dans le volume interne de l'enveloppe en fonction de la pression mesurée dans le corps de valve. REVENDICATIONS 1. Ligne d'échappement de véhicule automobile comportant une vanne motorisée (10), la vanne motorisée (10) comprenant : - un corps de vanne (12) susceptible d'être traversé par des gaz d'échappement de pression inférieure à une pression maximum, - un volet mobile (14) déplaçable à l'intérieur du corps de vanne (12), - des moyens (20) de commande du volet mobile (14) pourvus d'une enveloppe (24) liée au corps de vanne (12) et délimitant un volume interne (26), et d'un organe d'entraînement (28) disposé dans ledit volume interne (26) et lié au volet (14), le corps de vanne (12) présentant à cet effet un orifice de passage (36) dans lequel est engagé l'organe d'entraînement (28), - des moyens pour empêcher les fuites de gaz d'échappement de l'intérieur du corps de vanne (12) vers le volume interne (26) de l'enveloppe (24) à travers l'orifice de passage (36), caractérisée en ce que les moyens pour empêcher les fuites comprennent des moyens (54) pour insuffler dans le volume interne (26) de l'enveloppe (24) un gaz à une pression supérieure à ladite pression maximum des gaz d'échappement. 2. Ligne d'échappement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le gaz insufflé dans le volume interne (26) de l'enveloppe (24) est de l'air. 3. Ligne d'échappement selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens (54) pour insuffler le gaz dans le volume interne (26) de l'enveloppe (24) comprennent un compresseur d'air (56) et des moyens (62) pour mettre en communication une sortie d'air comprimé (60) du compresseur (56) avec une entrée d'air (64) ménagée dans l'enveloppe (24). 4. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens (54) pour insuffler le gaz dans le volume interne (26) de l'enveloppe (24) comprennent des moyens (66) pour régler la pression du gaz insufflé à une valeur supérieure de 2 à 2000 mbar à ladite pression maximum des gaz d'échappement. 5. Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens (54) pour insuffler le gaz dans le volume interne (26) de l'enveloppe (24) comprennent des moyens (66) pour régler le débit du gaz insufflé de manière à assurer une vitesse de circulation des gaz à travers l'orifice de passage (36) suffisante pour empêcher que de petits vortex de gaz d'échappement pénètrent dans le volume interne (26).