Brevet FR2931529A1 — publié le 20091127

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape pour commander le passage d'un milieu gazeux ou liquide comportant un siège de soupape ainsi qu'un organe d'obturation de soupape actionné par une force d'actionnement, cet organe coopérant avec le siège de soupape pour libérer et pour couper le débit. Etat de la technique Une soupape de régulation de pression, connue, pour les installations d'alimentation en carburant de moteurs à combustion interne selon le document (DE 195 08 637 Al), comporte une membrane de soupape encastrée dans un boîtier de soupape, transversalement à l'axe longitudinal de la soupape ; cette membrane sépare une chambre à ressort d'une chambre à carburant dans le boîtier ou corps de soupape. La chambre à carburant remplie de carburant liquide comporte un support de siège de soupape avec un siège de soupape coaxial à l'axe longitudinal de la soupape. La chambre à ressort munie d'un ajutage de branchement d'air, comporte un ressort de compression agissant sur la membrane de soupape en direction du siège de soupape. Ce ressort est relié rigidement à l'organe d'obturation de soupape coopérant avec le siège de soupape. Pour éviter que l'organe d'obturation de soupape ne prenne une position excentrée par rapport au siège de soupape sous l'effet d'une force irrégulière exercée sur la membrane de soupape, ce qui détériorait le comportement de régulation de pression assuré par la soupape de régulation de pression, on guide l'organe d'obturation de soupape coaxialement au siège de soupape pour son mouvement d'ouverture et son mouvement de fermeture. Dans un premier mode de réalisation, un organe de centrage est relié directement à l'organe d'obturation de soupape ; cet organe de centrage glisse dans un canal de centrage coaxial au siège de soupape. Selon un second mode de réalisation, l'organe d'obturation de soupape est relié directement à un support de membrane en forme de chapeau, qui passe avec une partie en forme de manchon à travers la membrane de soupape pour arriver dans la chambre à ressort. Dans la chambre à ressort, une coupelle de ressort 2 en forme de pot s'appuie axialement contre la membrane de soupape. La coupelle à ressort a une enveloppe de centrage tubulaire coaxiale à l'axe longitudinal de la soupape ; cette enveloppe est appliquée de façon à glisser contre la paroi intérieure de la chambre à ressort. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le siège de soupape est logé dans un élément de palier déformable élastiquement. La soupape selon l'invention a l'avantage que l'élément de palier déformable élastiquement offre au siège de soupape plusieurs degrés de liberté pour son alignement par rapport à l'organe d'obturation de soupape si bien que lorsque l'organe d'obturation de soupape vient contre le siège de soupape, cela réalise un siège d'étanchéité toujours ferme, offrant une grande étanchéité, même si sous l'effet de la force d'actionnement ou de réglage, l'organe d'obturation de soupape n'est plus aligné sur l'axe du siège de soupape. De plus, l'élément de palier déformable élastiquement assure le découplage du bruit de structure entre le siège de soupape et l'organe d'obturation de soupape par rapport au corps de soupape et au boîtier de soupape de sorte qu'en cas d'actionnement pulsé de l'organe d'obturation de soupape, les bruits de battement habituellement engendrés seront très largement amortis, lorsque l'organe d'obturation arrive sur le siège de soupape. Les avantages du palier élastique du siège de soupape résultant de l'élément de palier sont particulièrement évidents si l'organe d'obturation de soupape est solidaire d'une tige de régulation coulissant axialement et traversant l'orifice de passage, cette tige étant reçue dans les paliers de part et d'autre du passage, coaxialement à celui-ci, de préférence de façon flottante dans la direction radiale et étant couplée à un organe d'actionnement commandé par une force de réglage ou d'actionnement. Dans une telle structure de soupape qui se caractérise par sa robustesse, sa grande fiabilité et sa grande qualité de régulation, l'introduction de l'élément de palier déformable élastiquement pour le siège de soupape garantit également l'étanchéité requise de la soupape, même si par exemple sous l'effet de la 3 température, l'axe des paliers et l'axe du siège de soupape ne sont plus coaxiaux. L'élément de palier déformable élastiquement ajuste toujours le siège de soupape aux variations géométriques du système et offrent ainsi la géométrie d'étanchéité optimale pour la tige de régulation équipée de l'organe d'obturation de soupape. L'élément de palier déformable élastiquement est en une matière élastique souple ou élastique comme du caoutchouc ou encore en une autre matière élastique dont le module d'élasticité est de l'ordre de grandeur du module d'élasticité du caoutchouc. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'élément de palier déformable élastiquement fait partie d'un support de siège de soupape logé dans le passage réalisé dans un corps de soupape. Cette solution présente des avantages de fabrication, car le support de siège de soupape et le siège de soupape peuvent être préfabriqués complètement pour être ensuite ajustés dans le support de siège de soupape. Comme support de siège de soupape, on utilise des supports du commerce de type "système tube dans tube", composés de deux manchons métalliques reliés solidairement par l'intermédiaire d'un manchon en caoutchouc. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre une vue partielle en coupe longitudinale d'une soupape de régulation de pression, la figure 2 est une vue à échelle agrandie du détail II de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective d'un support de siège de soupape de la soupape de régulation de pression de la figure 2, la figure 4 montre la même représentation que la figure 2 pour un support de siège de soupape correspondant à un second exemple de réalisation, la figure 5 est une vue de dessus agrandie du support de siège de soupape dans la direction de la flèche V à la figure 4, 4 la figure 6 montre la même représentation que la figure 2 avec un support de siège de soupape correspondant à un troisième exemple de réalisation, et la figure 7 est une vue de dessus à échelle agrandie du support de siège de soupape dans la direction de la flèche VII de la figure 6. Description de modes de réalisation de l'invention La soupape de régulation de pression représentée partiellement en vue en coupe longitudinale à la figure 1, servant à réguler la pression dans un milieu gazeux ou liquide, comme cas particulier d'une soupape générale pour commander un passage pour un milieu gazeux ou liquide est installée entre une source de pression et un utilisateur; elle sert à réguler une certaine pression de consigne du côté basse pression ou côté utilisateur. L'utilisateur peut être par exemple un moteur à gaz naturel. La soupape de régulation de pression comporte un corps de soupape 11 muni d'une première chambre de soupape 12 et d'une seconde chambre de soupape 13 ; ces deux chambres communiquent par un passage 14. Un canal d'alimentation 15 débouche dans la première chambre de soupape 12 ; ce canal est relié à une source de pression. La seconde chambre de soupape 13 est toujours ouverte au niveau de sa face frontale. Au niveau de cette chambre, l'organe de soupape 11 est chevauché par un chapeau de soupape 16 relié solidairement au corps de soupape 11, par exemple par une liaison vissée 17. La face frontale de la seconde chambre de soupape 13 est fermée par une membrane de soupape 18 serrée de façon étanche au gaz entre la surface frontale annulaire du chapeau de soupape 16 et le corps de soupape 11. Un canal de sortie non représenté figure 1 débouche dans la seconde chambre de soupape 13 ; ce canal est relié à l'utilisateur. Dans le chapeau de soupape 16, la membrane de soupape 18 délimite une chambre à ressort 19 munie d'un orifice de commande 33 et recevant un ressort de compression 20. Le ressort de compression 20, s'appuie d'un côté contre un palier 21 ajustable, solidaire du chapeau et de l'autre contre une coupelle de ressort 22 appliquée contre la membrane de soupape 18. La coupelle de ressort 22 est appliquée contre un manchon 23 à section en forme de T et entoure concentriquement sa tige creuse 23 qui traverse la membrane de soupape 18 de manière étanche aux gaz. La bride 232 réalisée à l'extrémité du manchon 23 en forme de T, se situe dans la seconde chambre de soupape 13 et enserre le bord intérieur de la membrane de 5 soupape 18 de manière étanche aux gaz avec la coupelle de ressort 22. Sous l'effet du ressort de compression 20, la bride 232 du manchon 23 en forme de T, peut s'appliquer contre une butée 24 réalisée sur le corps de soupape 11. La force développée par le ressort de compression 20 se règle à l'aide d'une vis d'ajustage 25 vissée dans la direction axiale et agissant sur le palier 21. Le passage 14 qui relie les deux chambres de soupape 12, 13 loge un support de siège de soupape 26 ayant une pièce intérieure libérant une ouverture de soupape 27. Un siège de soupape 28 (figure 2) entourant l'ouverture de soupape 27 est réalisé sur la pièce intérieure (figure 2). Le siège de soupape 28 coopère avec un organe d'obturation de soupape 29 appliqué dans la première chambre de soupape 12 pour libérer et fermer l'ouverture de soupape 27. L'organe d'obturation de soupape 29 est fixé sur une tige de régulation 30 coulissant axialement. La tige de régulation 30 est logée par son extrémité non tournée vers le support de siège de soupape 26 de la première chambre de soupape 12, de façon à coulisser axialement avec du jeu radial dans le corps de soupape 11 en traversant l'ouverture de soupape 27 et la seconde chambre de soupape 13, à travers la bride 232 dans la tige 231 du manchon 23 à section en forme de T, solidaire de celle-ci. La mobilité de la membrane de soupape 18 et du manchon 23 encore guidé axialement par l'entretoise élastique 41 dans la chambre à ressort 19, présente du jeu radial grâce à cet appui de la tige de régulation 33. Dans la première chambre de soupape 12, un ressort de compression 31 est emmanché sur la tige de régulation 30 ; ce ressort s'appuie d'un côté contre le corps de soupape 11 et de l'autre contre la tige de régulation 30 en appliquant l'organe d'obturation de soupape 29 avec une faible force de ressort contre le siège de soupape 28. La membrane de soupape 18 et le ressort de compression 20 forment un organe d'actionnement 32 agissant sur la tige de 6 régulation 30 pour son coulissement axial ; cet organe d'actionnement peut en outre être influencé par l'intermédiaire de l'ouverture de commande 33 dans la chambre de ressort 19 par la pression de commande qui est par exemple le vide. Le ressort de compression 20 agit dans le sens de l'ouverture de la soupape et produit ainsi par l'intermédiaire de la tige de régulation 30, le soulèvement de l'organe d'obturation de soupape 29 par rapport au siège de soupape 28. A mesure que la pression augmente dans la seconde chambre de soupape 13, la tige de régulation sera déplacée de plus en plus contre la force développée par le ressort de compression 20 et l'organe d'obturation de soupape 29 ferme de plus en plus la section de passage libre de l'orifice de soupape 27. Lorsque la pression souhaitée, côté utilisateur, s'établit dans la seconde chambre de soupape 13, l'organe d'obturation de soupape 29 s'appuie contre le siège de soupape 28 si bien que l'ouverture de soupape 27 est fermée. Les variations de pression du côté utilisateur conduisent à une libération et à une fermeture pulsée de l'ouverture de soupape 27 par l'organe d'obturation de soupape 29. Pour obtenir un comportement de régulation qualitativement élevé de la soupape de régulation de pression, il est nécessaire que la soupape de régulation de pression se ferme de manière très étanche et pour cela l'organe d'obturation de soupape 29 doit s'appliquer par toute sa surface contre le siège de soupape 28. Pour cela, il faut que l'axe de la tige de régulation 30 portant l'organe d'obturation de soupape 29 soit toujours aligné coaxialement sur l'axe du siège de soupape 28. Cet alignement coaxial de la tige de régulation 30 est défini par le palier côté extrémité de la tige de régulation 30. Sous l'effet de l'influence de la température, l'alignement coaxial des deux paliers de la tige de régulation 30 peut se modifier de manière relative si bien que les axes géométriques de la tige de régulation 30 et celui du siège de soupape 28 peuvent ne plus se correspondre. Pour assurer même dans ce cas, l'application de l'organe d'obturation de soupape 29 avec toute sa surface contre le siège de soupape 28, le siège 28 est logé dans un élément de palier déformable élastiquement et faisant partie du support de siège de soupape 26. Ainsi, le siège de soupape 28 dispose de plusieurs degrés de liberté et peut s'adapter par 7 un alignement correspondant au décalage de l'organe d'obturation de soupape 29. Le support de soupape 26 représenté à titre d'exemple de réalisation aux figures 1 à 3, comporte un manchon métallique intérieur 34, un manchon métallique extérieur 35 coaxial ainsi qu'un manchon intermédiaire coaxial installé entre les deux manchons métalliques 34, 35 et constituant l'élément de palier déformable élastiquement; le manchon intermédiaire 36 est en une matière élastique dont le module d'élasticité est significativement plus faible que celui des manchons io métalliques 34, 35. Une telle matière est de préférence du caoutchouc, mais il peut également s'agir d'un élastomère souple. Le manchon intermédiaire 36 est relié solidairement et de façon étanche aux gaz aux manchons métalliques 34, 35. Le manchon métallique intérieur 34 constitue la pièce intérieure libérant l'ouverture de soupape 27 du 15 support de siège de soupape 26 et il porte le siège de soupape 28. Le support de siège de soupape 26 est installé dans le passage 14 de diamètre de perçage constant sur la longueur du perçage sous la forme d'un perçage cylindrique; le manchon métallique extérieur 35 est relié solidairement au corps de soupape 11. 20 Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 4 et 5, le passage 14 est réalisé sous la forme d'un perçage étagé reliant les deux chambres de soupape 12, 13 ; ce perçage étagé a un segment de perçage 141 de grand diamètre du côté de la première chambre de soupape 12 et un segment de perçage 142 de diamètre réduit du côté de 25 la seconde chambre de soupape 13. La zone transitoire du segment de perçage 141 avec le segment de perçage 142 comporte un épaulement radial 143 en forme d'anneau de cercle. Le support de siège de soupape 26 comporte une coupelle 37 ayant une enveloppe de coupelle 371 et un fond de coupelle 372 ainsi qu'un disque percé 39 placé dans la 30 coupelle 37. Ce disque est en un matériau dur comme par exemple un métal. La coupelle 37 formant l'élément de palier déformable élastiquement est réalisée dans la même matière élastique souple que le manchon intermédiaire des figures 1 à 3 de sorte que la coupelle 37 présente un module d'élasticité significativement plus faible que le 35 module d'élasticité de la rondelle percée 39. Le fond de coupelle 372 est 8 muni d'un perçage 38 coaxial par rapport au perçage étagé 14 et dont le diamètre libre correspond au diamètre libre du segment de perçage 142 de diamètre réduit. La rondelle percée 39 placée dans la coupelle 37 et constituant la pièce intérieure du support de siège de soupape 26, réalisé le siège de soupape 28. Le bord intérieur de la rondelle percée 39 définit l'ouverture de soupape 27. La coupelle 37 est placée dans le segment de perçage de grand diamètre 141 pour que le fond 372 de la coupelle s'appuie contre l'épaulement radial 143 et que l'enveloppe de coupelle 371 s'applique contre la paroi du segment de perçage de grand diamètre 141. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 6 et 7, le support de siège de soupape 26 est modifié par rapport au support de siège 26 représenté aux figures 4 et 5 en ce que la périphérie extérieure de la coupelle 37 est entourée par un anneau métallique 40 appuyé fermement sur la surface enveloppe extérieure de l'enveloppe de coupelle 371. Le support de siège de soupape 26 est lui-même logé dans le segment de perçage de grand diamètre 141 du perçage étagé 14 pour que le fond 372 de la coupelle 37 s'applique contre l'épaulement radial 143 entre les segments de perçage 141 et 142 et l'anneau métallique 40 contre la paroi du segment de perçage de grand diamètre 141. Comme dans l'exemple de réalisation des figures 4 et 5, le siège de soupape 28 est également réalisé dans la rondelle percée 39 placée dans la coupelle 37. Contrairement à l'exemple de réalisation des figures 4 et 5, la pièce intérieure portant le siège de soupape 26 ne s'applique pas directement contre le corps de soupape 11, mais indirectement, par l'intermédiaire de l'anneau métallique extérieur 40.30 REVENDICATIONS1 °) Soupape pour commander le passage (14) d'un milieu gazeux ou liquide comportant un siège de soupape (28) ainsi qu'un organe d'obturation de soupape (29) actionné par une force d'actionnement, cet organe coopérant avec le siège de soupape (28) pour libérer et pour couper le débit, caractérisée en ce que le siège de soupape (28) est logé dans un élément de palier déformable élastiquement. 2°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de palier fait partie d'un support de siège de soupape (26) installé dans le passage (14) réalisé dans un corps de soupape (II). 3°) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support de siège de soupape (26) comporte une pièce intérieure rigide, libérant l'ouverture de soupape (27), cette pièce étant appuyée directement ou indirectement par l'élément de palier contre le corps de soupape (11), et le siège de soupape (28) est réalisé sur la pièce intérieure de façon à entourer l'ouverture de soupape (27). 4°) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que le support de siège de soupape (26) comporte un manchon intérieur (34) formant la partie intérieure, un manchon extérieur (35) coaxial au précédent, les deux manchons étant en une matière dure, ainsi qu'un manchon intermédiaire (36), coaxial, installé entre les deux manchons (34, 35) et constituant l'élément de palier, le manchon intérieur étant en une matière élastique souple, et le manchon intérieur est relié de manière ferme et étanche aux gaz et aux liquides avec les manchons (34, 35), et le manchon extérieur (35) est fixé au corps de soupape (11).35 10 5°) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que le manchon intérieur et le manchon extérieur (34, 35) sont en métal et le manchon intermédiaire est en caoutchouc. 6°) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que le passage (14) est réalisé sous la forme d'un perçage étagé ayant un segment de perçage (141, 142) de grand diamètre et de petit diamètre, le support de siège de soupape (26) est fixé dans le segment de perçage (141) de plus grand diamètre et une coupelle (37) formant l'élément de palier est réalisée en une matière élastique souple de préférence en caoutchouc, ayant une enveloppe de coupelle (371) et un fond de coupelle (372) ainsi qu'un disque percé (39) à l'intérieur de la coupelle (37) et formant la pièce intérieure, le disque percé étant en une matière dure de préférence en métal et le fond de coupelle (372) ayant un perçage (38) coaxial avec le segment de perçage (141) de petit diamètre, et il s'applique contre l'épaulement radial (143) en forme d'anneau de cercle, venant entre les segments de perçage (141, 142). 7°) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'enveloppe (371) de la coupelle (37) est appliquée contre la paroi du perçage correspondant au segment de perçage (141) de grand diamètre. 8°) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'enveloppe (372) de la coupelle (37) est entourée par un anneau métallique (49) qui s'applique contre la paroi du perçage correspondant 30 au segment de perçage (141) de grand diamètre. 9°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (29) est solidaire d'une tige de 35 régulation (30) coulissant axialement, traversant le passage (14), et qui 11 est logée de part et d'autre du passage (14) dans un palier respectif, de préférence avec du jeu radial, et cette tige est couplée à un organe d'actionnement (32) sollicité par une force de réglage. 10°) Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'organe d'actionnement (32) comporte une membrane de soupape (18) encastrée par son bord, et dont une face est sollicitée par le milieu et l'autre face est soumise à l'action d'un ressort de compression (20) par l'intermédiaire d'une coupelle à ressort (22) coulissant axialement, ce ressort étant solidaire de la tige de réglage (30). 11 °) Soupape selon la revendication 10, caractérisée en ce que la membrane de soupape (18) est installée du côté basse pression et le ressort de compression (20) sollicite la coupelle de ressort (22) pour que la tige de réglage (30) soulève l'organe d'obturation de soupape (29) par rapport au siège de soupape (28). 12°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face frontale de l'organe d'obturation de soupape (29) tournée vers le siège de soupape (28) a une forme conique.25