Brevet FR2912799A1 — publié le 20080822

Clapet pour circuit de fluide et ligne d'échappement comportant un tel clapet L'invention concerne en général les circuits de fluide, notamment les lignes d'échappement de véhicule automobile, et les clapets pour de tels circuits de fluide. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect, un clapet pour un circuit de fluide comprenant un conduit amont, un conduit aval, et un orifice mettant en communication les conduits amont et aval l'un avec l'autre, le clapet comprenant un siège entourant l'orifice et un obturateur présentant une surface d'appui, l'obturateur étant mobile par rapport à l'orifice entre une position d'obturation dans laquelle chacun d'une pluralité de points de contact de la surface d'appui repose sur un point de contact correspondant du siège, et une position de dégagement de l'orifice dans laquelle la sur-face d'appui de l'obturateur ne repose pas sur le siège. II est connu d'utiliser un tel clapet dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, par exemple à l'intérieur du silencieux de cette ligne d'échappement, pour isoler un volume amont du silencieux d'un volume aval quand la pression des gaz d'échappement dans la ligne est faible. Un tel clapet permet d'augmenter la résistance du silencieux au passage des gaz, et d'améliorer ainsi son efficacité acoustique. Il a été constaté, sur de tels clapets, qu'une usure préférentielle se produisait en certains points du siège ou de la surface d'appui de l'obturateur. Cette usure conduit à terme à une perte d'étanchéité du clapet, qui nuit à son efficacité. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un clapet présentant une meilleure efficacité. Dans ce but, l'invention porte sur un clapet du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour modifier l'orientation de la surface d'appui de l'obturateur par rapport au siège quand l'obturateur passe de sa position d'obturation à sa position de dégagement, de manière à modifier la correspondance entre les points de contact de la surface d'appui et les points de contact du siège quand l'obturateur revient à sa position d'obturation. Le clapet peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'obturateur présente la forme d'un disque présentant un axe central, les moyens pour modifier l'orientation de la surface d'appui de l'obturateur par rapport au siège comprenant au moins un organe d'entraînement en rotation de l'obturateur autour de son axe central sous l'effet de la circulation du fluide du conduit amont vers le conduit aval ; - le ou chaque organe d'entraînement est une turbine liée à l'obturateur et disposée dans l'un du conduit amont et du conduit aval ; - les moyens pour modifier l'orientation de la surface d'appui de l'obturateur par rapport au siège comprennent une tige rigidement fixée à l'obturateur et s'étendant sui- vant l'axe central, et des moyens pour monter la tige libre en rotation autour de l'axe central sur l'un des conduit amont et aval, le ou chaque organe d'entraînement étant lié à la tige et disposé dans l'un du conduit amont et du conduit aval ; et - le clapet comprend des moyens de guidage en translation de l'obturateur entre ses positions d'obturation et de dégagement, selon une direction parallèle à son axe central. Selon un second aspect, l'invention porte sur une ligne d'échappement de véhicule automobile comportant un clapet d'obturation présentant les caractéristiques ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique annexée représentant de manière schématique une partie d'un silencieux de la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, et montrant un clapet conforme à l'invention interposé entre des parties amont et aval de ce silencieux. Le silencieux 10 représenté partiellement sur la figure comprend un conduit amont 12, un conduit aval 14, un orifice 16 susceptible de mettre en communication les conduits amont et aval 12 et 14 l'un avec l'autre, et un clapet 18 d'obturation de l'orifice 16. Le silencieux 10 est prévu pour être inséré dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. Le conduit amont 12 est relié à une partie amont de la ligne, elle- même susceptible d'être connectée aux différentes sorties de gaz d'échappement des cylindres du moteur du véhicule automobile. Le conduit aval 14 est relié à une partie aval de la ligne d'échappement qui débouche dans l'atmosphère. L'orifice 16 est ménagé dans une paroi 20 commune aux deux conduits et séparant les conduits l'un de l'autre. Le clapet 18 comprend : - un siège 22 porté par la paroi 20 et entourant l'orifice 16, - un obturateur 24 présentant une surface d'appui 26 susceptible de coopérer avec le siège 22, - des moyens 28 de guidage de l'obturateur 24 entre des positions d'obturation et de dégagement de l'orifice 16, - au moins un organe de rappel de l'obturateur en position d'obturation de l'orifice 16 (non représenté), - des moyens 30 pour modifier l'orientation de la surface d'appui 26 du clapet par rapport au siège 22 quand l'obturateur 24 passe de sa position d'obturation à sa posi- fion de dégagement. L'orifice 16 présente une section sensiblement circulaire. Le siège 22 est typiquement formé par le bord périphérique de l'orifice 16. Ce bord périphérique est chan-freiné de telle sorte que la section de passage de l'orifice 16 augmente du conduit amont 12 vers le conduit aval 14. L'obturateur 24 présente la forme d'un disque de forme conjuguée à celle de l'orifice 16. II présente ainsi un bord périphérique chanfreiné formant la surface d'appui 26. Les axes centraux de l'orifice 16 et de l'obturateur 24 sont confondus et sont matérialisés par la ligne X de la figure. En position d'obturation de l'obturateur, la surface d'appui 26 repose sur le siège 22. Plus précisément, une pluralité de points de contact de la surface d'appui 26 repose chacun sur un point de contact correspondant du siège 22. Les points de contact de la surface d'appui 26 sont répartis sur toute la périphérie de l'obturateur 24 et forment ainsi une ligne continue, à contour fermé, le long de la surface d'appui 26. De même, les points de contact du siège 22 forment également une ligne conti-nue, à contour fermé, sur toute la périphérie du siège 22. L'obturateur 24 passe de sa position d'obturation à sa position de dégagement selon un mouvement de translation suivant l'axe central X. En position de dégagement, l'obturateur 24 est soulevé du siège 22 vers le conduit aval 14. Les gaz d'échappement sont alors libres de s'écouler à travers l'orifice 16, du conduit amont 12 vers le conduit aval 14. Les moyens 30 pour modifier l'orientation de la surface d'appui 26 du clapet par rapport au siège 22 comprennent une tige 32 rigidement fixée à l'obturateur 24 et s'étendant suivant l'axe central X, des moyens 34 pour monter la tige 32 libre en rotation autour de l'axe central X sur le conduit amont 12, et au moins un organe 36 d'en- traînement en rotation de l'obturateur 24 autour de l'axe central X sous l'effet de la circulation du gaz d'échappement du conduit amont 12 vers le conduit aval 14. L'organe d'entraînement 36 est une turbine rigidement fixée sur la tige 32 et dis-posée à l'intérieur du conduit amont 12. La turbine 36 est coaxiale à l'axe X. Les moyens 34 comprennent un logement 38 ménagé face à l'orifice 16 dans le conduit 12, et un palier 40 de guidage en rotation de la tige 32, rigidement fixé dans le logement 38. Une partie d'extrémité 42 de la tige, opposée à l'obturateur 24, est engagée libre en rotation dans le palier 40. La turbine 36 est rigidement fixée sur une partie centrale de la tige 32, entre la partie d'extrémité 42 et l'obturateur 24. La partie d'extrémité 42 de la tige est guidée en rotation autour de l'axe X par le palier 40, mais reste libre en translation suivant l'axe X par rapport au palier 40. Ainsi, le palier 40 fait partie des moyens 28 de guidage en translation de l'obturateur 24. Ces moyens 28 peuvent comprendre d'autres organes tels que des bagues de guidage (non représentées) enfilées le long de la tige 32 et rigidement fixées au conduit amont 12. Les moyens de rappel de l'obturateur vers sa position d'obturation sont connus en soi et ne seront donc pas décrits ici. Ces moyens de rappel sont tarés de façon à autoriser le déplacement du clapet de sa position d'obturation vers sa position de dégagement seulement quand la différence entre la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit amont et la pression des gaz d'échappement à l'intérieur du conduit aval est supérieure à une va- leur prédéterminée. Le fonctionnement du clapet 18 décrit ci-dessus va maintenant être détaillé. A l'état initial, l'obturateur 24 occupe sa position d'obturation de l'orifice 16. La circulation des gaz d'échappement du conduit amont 12 vers le conduit aval 14 à travers l'orifice 16 est ainsi empêchée. Les gaz d'échappement provenant du moteur s'accumulent dans le conduit amont provoquant l'augmentation de la pression dans ce conduit. Quand la pression à l'intérieur du conduit amont a suffisamment augmenté, l'obturateur 24 se lève. Il quitte sa position d'obturation et se déplace en translation selon l'axe X vers sa position de dégagement de l'orifice 16 à l'encontre des moyens de rappel. La tige 32 se déplace conjointement avec l'obturateur 24, la partie d'extrémité 42 restant toutefois engagée dans le palier 40. Avant la levée de l'obturateur 24, chacun d'une pluralité de points de contact de la surface d'appui 26 était en appui sur un point de contact correspondant du siège 22. Lors de la levée de l'obturateur 24, les points de la surface d'appui et du siège en contact mutuel se séparent. Dès que l'orifice 16 est partiellement dégagé, un flux de gaz d'échappement s'écoule depuis le conduit amont 12 vers le conduit aval 14 à travers l'orifice 16. Ce flux fait tourner la turbine 36 autour de l'axe X par rapport aux conduits 12 et 14. La turbine 36 entraîne avec elle la tige 32 et l'obturateur 24. L'orientation de la surface d'appui 26 par rapport au siège 22 autour de l'axe X est ainsi modi- fiée. Le mouvement de rotation de l'obturateur 24 est guidé par la partie d'extrémité 42 de la tige engagée dans le palier 40. Quand la pression des gaz d'échappement diminue à l'intérieur du conduit amont 12, de telle sorte que la différence de pression entre le conduit amont et le conduit aval devient inférieure à la limite prédéterminée provoquant la retombée de l'obturateur, ledit obturateur est rappelé vers sa position d'obturation de l'orifice par les moyens de rappel élastiques. La surface d'appui 26 revient se poser sur le siège 22. Toutefois, les points de contact de la surface 26, du fait de la rotation de l'obturateur 24, reviennent se poser sur des points de contact du siège différents des points avec lesquels ils étaient en contact dans la situation initiale décrite plus haut, c'est-à-dire avant la levée de l'obturateur. La correspondance entre les points de contact de la surface d'appui 26 et les points de contact du siège 22 a donc été modifiée par la rotation de l'obturateur 24 pendant la levée dudit obturateur 24. Le clapet décrit ci-dessus présente de multiples avantages. Du fait qu'il comprend des moyens pour modifier l'orientation de la surface d'appui du clapet par rapport au siège quand l'obturateur passe de sa position d'obturation à sa position de dégagement, la correspondance entre les points de la surface d'appui et les points du siège change à chaque levée de l'obturateur. Plus précisément, à chaque levée de l'obturateur, les points de contact de la surface d'appui de l'obturateur revien- nent se poser sur des points de contact différents du siège quand l'obturateur revient en position d'obturation. L'orientation de la surface d'appui du clapet par rapport au siège obtenue à chaque retombée de l'obturateur est aléatoire, et change à chaque levée. L'usure est ainsi uniforme sur toute la surface d'appui et sur tout le siège. Les zones d'usure préférentielles de la surface d'appui ou du siège sont ainsi supprimées. Le risque de perte d'étanchéité prématurée du clapet est considérablement diminué. Ce résultat est obtenu avec des moyens très simples, en ajoutant seulement une turbine sur la tige de clapet. Une telle turbine peut être facilement installée sur les cla- pets déjà existants. Le clapet décrit ci-dessus peut présenter de multiples variantes. Tous les types de turbine peuvent être utilisés, sous réserver que le matériau les constituant soit adapté à la température et à la composition des gaz d'échappement. Ces turbines peuvent comporter une seule pale, deux pales, trois pales, voire plus de trois pales. Les pales peuvent être droites ou arquées, de forme générale rectangulaire ou arrondie. Une ou plusieurs turbines peuvent être rigidement fixées le long de la tige du clapet. Le clapet peut être de tout type. Il peut être de type à levée verticale, comme décrit ci-dessus. II peut être également de type articulé, et comprendre par exemple un bras monté pivotant sur un des conduits, au bout duquel est monté l'obturateur. Dans ce cas, l'obturateur est monté libre en rotation sur l'extrémité du bras par un pivot, la turbine étant par exemple solidaire d'une face de l'obturateur tournée vers le conduit amont. Le siège de clapet peut être distinct du bord périphérique de l'orifice. Le siège peut par exemple être porté par une zone de la paroi commune 20 entourant l'orifice 16 et s'étendant à distance du bord de cet orifice. L'orifice peut présenter toutes sortes de forme, et être non circulaire. L'obturateur peut également présenter toutes sortes de forme. L'obturateur peut être une bille. L'obturateur peut être une plaque non circulaire, notamment dans le cas indiqué ci-dessous où le siège n'est pas ménagé sur ce bord périphérique de l'orifice mais au contraire est situé à distance de cet orifice. Seule une partie des points de la surface d'appui peuvent être en contact avec le siège à chaque retombée de l'obturateur. Ceci est en particulier le cas quand la surface d'appui et le siège n'ont pas exactement la même forme. Le clapet décrit ci-dessus peut être disposé en tout point d'une ligne d'échappement, par exemple mais pas exclusivement à l'intérieur d'un silencieux faisant partie de cette ligne d'échappement. Le clapet peut également être utilisé dans tout type de cir- cuit de fluide. Le fluide circulant dans le circuit peut être un gaz ou un liquide. REVENDICATIONS 1. Clapet (18) pour un circuit de fluide (10) comprenant un conduit amont (12), un conduit aval (14), et un orifice (16) mettant en communication les conduits amont et aval (12,14) l'un avec l'autre, le clapet (18) comprenant un siège (22) entourant l'orifice (16) et un obturateur (24) présentant une surface d'appui (26), l'obturateur (24) étant mobile par rapport à l'orifice (16) entre une position d'obturation dans laquelle chacun d'une pluralité de points de contacts de la surface d'appui (26) repose sur un point de contact correspondant du siège (22), et une position de dégagement de l'orifice (16) dans laquelle la surface d'appui (26) de l'obturateur (24) ne repose pas sur le siège (22), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30) pour modifier l'orientation de la sur-face d'appui (26) de l'obturateur (24) par rapport au siège (22) quand l'obturateur (24) passe de sa position d'obturation à sa position de dégagement, de manière à modifier la correspondance entre les points de contact de la surface d'appui (26) et les points de contact du siège (22) quand l'obturateur (24) revient à sa position d'obturation. 2. Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obturateur (24) pré-sente la forme d'un disque présentant un axe central (X), les moyens (30) pour modifier l'orientation de la surface d'appui (26) de l'obturateur (24) par rapport au siège (22) comprenant au moins un organe d'entraînement (36) en rotation de l'obturateur (24) autour de son axe central (X) sous l'effet de la circulation du fluide du conduit amont (12) vers le conduit aval (14). 3. Clapet selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou chaque organe d'entraînement (36) est une turbine liée à l'obturateur (24) et disposée dans l'un du conduit amont (12) et du conduit aval (14). 4. Clapet selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (30) pour modifier l'orientation de la surface d'appui (26) de l'obturateur (24) par rapport au siège (22) comprennent une tige (32) rigidement fixée à l'obturateur (24) et s'étendant suivant l'axe central (X), et des moyens (34) pour monter la tige (32) libre en rotation autour de l'axe central (X) sur l'un des conduit amont et aval (12,14), le ou chaque or- gane d'entraînement (36) étant lié à la tige (32) et disposé dans l'un du conduit amont (12) et du conduit aval (14). 5. Clapet selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (28) de guidage en translation de l'obturateur (24) entre ses positions d'obturation et de dégagement, selon une direction parallèle à son axe central (X). 6. Ligne d'échappement de véhicule automobile, comprenant un conduit amont (12), un conduit aval (14), un orifice (16) mettant en communication les conduits amont et aval (12,14) l'un avec l'autre, et un clapet d'obturation (18) de l'orifice (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.