Brevet FR2952990A1 — publié le 20110527

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape comportant un organe d'obturation et un siège de soupape dans la direction longitudinale de l'organe d'obturation pour une pompe à piston, - l'organe d'obturation ayant un segment cylindrique de guidage et un segment en forme de calotte d'étanchéité orienté vers un siège d'étanchéité dans la direction longitudinale du segment cylindrique de guidage, le segment d'étanchéité assurant sélectivement la fermeture et l'ouverture d'un orifice entouré par le siège de soupape. L'invention concerne également une pompe à piston équipée d'une telle soupape pour un système hydraulique ou pneumatique ainsi que l'utilisation d'une telle soupape. Etat de la technique Les soupapes s'utilisent de multiples manières dans les pompes à piston de systèmes hydrauliques, notamment dans les systèmes de freins de véhicules comme cela est décrit dans les documents DE 39 07 969 Al, DE 10 2006 048 903 Al. Dans ces systèmes de freins, les pompes à piston commandent non seulement la pression dans les cylindres de freins de roues, mais elles servent également dans les systèmes antiblocages (ABS), par exemple pour le refoulement du liquide de freins des cylindres de freins de roues vers le maître cylindre. On combine souvent le système ABS à un système de régulation anti-patinage (ASR) utilisant des pompes à piston réglées par des soupapes. Le programme de stabilisation électronique ESP qui influence de manière positive la dynamique transversale du véhicule par un freinage ciblé de certaines roues, utilise également des pompes à piston à régulation par soupape. Les soupapes d'entrée et de sortie utilisées dans les pompes à piston de systèmes de freins de véhicules commandent le sens de passage du liquide dans la pompe et sont en général réalisées sous la forme de clapets anti-retour chargés par ressort. Ces clapets ont un organe d'étanchéité en forme de bille et un siège de soupape adapté à la forme sphérique de l'organe d'étanchéité. Lorsque la pression augmente dans la pompe à piston, la soupape s'ouvre en repoussant la 2 bille par rapport au siège de soupape et le liquide passe autour de la bille pour arriver dans la chambre de soupape en aval. Lorsque le liquide traverse la soupape, les forces élevées de compression et d'expansion notamment dans les pompes à haute pression des installations de freins génèrent des vibrations et des bruits divers, gênants. Par exemple l'ouverture de la soupape, lorsque les tolérances des différents composants s'additionnent, en particulier sous l'effet du jeu spatial de l'organe d'obturation de la soupape, génère des bruits gênants. Pour diminuer ces bruits, le document DE 10 2006 027 555 Al décrit une soupape de sortie comportant un organe d'obturation de soupape et un élément en forme de disque, distinct, muni d'un siège de soupape. L'utilisation de l'élément de disque garantit que les tolérances des différents composants de la pompe à piston ne se répercutent pas de manière négative sur le développement du bruit à l'ouverture et à la fermeture de la soupape de sortie. A côté des vibrations et des bruits gênants engendrés par les tolérances des composants, l'écoulement turbulent autour de l'organe d'obturation de la soupape de sortie, ouverte génère également des bruits. Ces écoulements dirigent l'organe d'obturation de manière indéfinie dans la direction radiale, si bien qu'il bute contre la paroi intérieure de la chambre de soupape. De plus, on a des pulsations de pression à l'ouverture de la soupape en ce que les ondes de pression générées par le soulèvement de l'organe d'obturation par rapport au siège de soupape, se développent et se réfléchissent dans la chambre de la soupape. Ces pulsations de pression font non seulement osciller l'organe d'obturation mais génèrent également des bruits importants et sollicitent mécaniquement le piston de la pompe et les composants hydrauliques en communication avec celle-ci. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une soupape ayant un meilleur comportement vis-à-vis des oscillations à l'ouverture et à la fermeture pour diminuer les contraintes mécaniques exercées sur les composants voisins. 3 Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une soupape du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le segment d'étanchéité comporte au moins une embouchure de canal qui, à l'état fermé de la soupape, se situe à l'extérieur de l'orifice entouré par le siège de soupape et débouche dans un canal qui s'étend sensiblement dans la direction de passage dans l'organe d'obturation de soupape. L'invention concerne également une pompe à piston équipée d'une telle soupape ainsi que l'utilisation d'une telle soupape pour réduire les pulsations de pression et les bruits engendrés par le fonctionnement. Dans le cadre de la présente invention, l'expression « sensiblement dans la direction de passage » ou « sensiblement dans la direction d'écoulement » signifie à la fois exactement la direction de passage ou d'écoulement ainsi qu'une direction qui diffère jusqu'à moins 90° et de préférence moins de 45° de la direction d'écoulement ou de passage. L'invention améliore le comportement vis-à-vis des oscillations de la soupape en réduisant l'impulsion d'ouverture de l'organe d'obturation de la soupape au moment de l'ouverture de la soupape, ce qui évite les sur oscillations de l'organe d'obturation. Pour réduire l'impulsion à l'ouverture de l'organe d'obturation, on évacue la pression élevée qui se produit directement avant l'ouverture de la soupape sur l'organe d'obturation, à travers les canaux de l'organe d'obturation. On diminue ainsi la course de l'organe d'obturation et on évite les impulsions de pression générées par exemple par l'onde de choc réfléchie et par les écoulements turbulents. Comme on évacue la haute pression par les canaux, on évite les variations brutales des efforts et des pressions dans la ligne de transmission de la pompe à piston. Les émissions de bruit liées aux pulsations de pression et aux variations brusques de pression et qui se développent aux composants de support sous la forme d'un bruit de structure difficiles à amortir, sont réduits au minimum dans la soupape selon l'invention. De plus on réduit les contraintes mécaniques exercées sur les pièces liées à la 4 soupape grâce à l'amortissement des variations de pression et des oscillations de l'organe d'obturation de soupape. Grâce au flux de liquide plus important du fait des canaux, l'organe d'obturation de soupape travaille avec une course plus faible, ce qui se répercute de nouveau positivement sur le bruit engendré par la soupape selon l'invention. Les oscillations de la soupape selon l'invention sont réduites au minimum du fait qu'à l'ouverture l'organe d'obturation de la soupape selon l'invention est guidé de manière définie par son segment cylindrique de guidage. Le guidage défini et les oscillations réduites de l'organe d'obturation réduisent par conséquent ces pulsations de pression, les émissions de bruit et les contraintes mécaniques exercées sur les composants liés à la soupape. De plus, le segment de guidage peut servir à limiter la course par son extension longitudinale, de sorte que la course de réglage de l'organe d'obturation de soupape est définie et constante pour chacun de ces mouvements d'ouverture. La soupape selon l'invention a l'avantage d'être d'une fabrication économique. L'organe d'obturation de soupape peut être réalisé soit comme pièce injectée en matière plastique, soit comme pièce en acier transformé, et cela en grande série, rapidement et simplement et ainsi de façon économique. Le procédé d'injection permet de fabriquer de manière économique des pièces moulées utilisables directement et qui ne sont entachées que de faibles tolérances. La forme de calotte du segment d'étanchéité et la forme cylindrique du segment de guidage ne nécessitent pas de modifications de la forme de la pompe à piston existante pour recevoir la soupape selon l'invention. La forme cylindrique du segment de guidage permet de réaliser l'organe d'obturation de soupape de manière simple dans un trou borgne percé ou fraisé ou encore l'intégrer dans le couvercle obturant la pompe à piston. Le segment d'étanchéité en forme de calotte présente une surface bombée au moins par segment suivant deux dimensions pour assurer l'étanchéité de l'orifice entouré par le siège de soupape. Comme forme de calotte on utilise une calotte sphérique, une calotte ellipsoïdale ou un cône. La surface bombée coopère avec le siège d'étanchéité réalisé par exemple comme siège conique rentrant de sorte qu'au niveau du segment d'étanchéité appliqué contre le siège de soupape, on aura une surface d'étanchéité ou une ligne d'étanchéité en forme d'anneau de cercle. La fonction d'étanchéité du segment d'étanchéité en forme de 5 calotte est assurée malgré les canaux car après l'ouverture de la soupape, les canaux interviennent alors qu'à l'état fermé les canaux se situent à l'extérieur de l'orifice entouré par le siège de soupape. Le segment d'étanchéité en forme de calotte de l'organe d'obturation de soupape présente par rapport à un organe d'obturation de soupape de forme sphérique, complète, l'avantage que la section d'ouverture de la calotte est plus grande par comparaison avec celle d'une sphère. Le rayon de courbure doublé de la forme de calotte du segment d'étanchéité, c'est-à-dire de la surface bombée du segment d'étanchéité, peut être plus grand que le diamètre du segment de guidage de l'organe d'obturation de soupape. Selon un développement avantageux de la soupape, le canal est réalisé dans le côté longitudinal extérieur de l'organe d'obturation et il est ouvert sur son côté longitudinal extérieur. Les canaux sur le côté longitudinal extérieur de l'organe d'obturation de soupape se réalisent simplement sous la forme d'une rainure. Le liquide passant sur la surface de l'organe d'obturation et guidé par la forme de calotte du segment d'étanchéité en direction du segment de guidage, peut aussi être guidé avantageusement du point de vue de l'écoulement hydraulique dans les canaux réalisés dans le côté longitudinal extérieur de l'organe d'obturation et dont le côté longitudinal extérieur est ouvert. Selon une autre caractéristique de la soupape de l'invention, le canal de forme tubulaire fermé traverse le corps de l'organe d'obturation. Les canaux tubulaires fermés qui traversent le corps de l'organe d'obturation se réalisent simplement par exemple, sous forme de perçage et ils peuvent être dirigés sans difficulté dans des directions qui ne correspondent qu'approximativement à la direction de passage ou d'écoulement. 6 Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'organe d'obturation de soupape comporte plusieurs canaux et de préférence quatre canaux répartis régulièrement dans le corps de l'organe d'obturation pour réduire rapidement et efficacement la haute pression et ainsi l'impulsion d'ouverture de l'organe d'obturation au moment de l'ouverture de la soupape. Le canal a de préférence une forme cylindrique et suivant une caractéristique préférentielle sa section est ronde. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, l'organe d'obturation de soupape n'est pas en acier comme cela est habituel mais en matière plastique, ce qui réduit de façon importante la masse de l'organe d'obturation. L'impulsion d'ouverture de l'organe d'obturation plus léger est ainsi réduite à l'ouverture de la soupape, ce qui évite les suroscillations de l'organe d'obturation et les pulsations de pression engendrées par les ondes de choc réfléchies. La légèreté de l'organe d'obturation en matière plastique évite les variations brusques d'effort et de pression au niveau de la soupape et les émissions de bruit qui pourraient en résulter. L'amélioration du comportement en oscillation de la soupape avec un organe d'obturation en matière plastique réduit les contraintes mécaniques des composants liés à la soupape. L'organe d'obturation en matière plastique optimise également l'usure au niveau du siège de soupape, garantissant une meilleure étanchéité de la soupape pendant toute la durée d'utilisation de la pompe à piston. En variante, l'organe d'obturation peut être réalisé en acier et dans ce cas la réalisation est particulièrement économique et avantageuse s'il s'agit d'une pièce obtenue par emboutissage profond. Suivant un autre développement avantageux de la soupape selon l'invention, le segment de guidage a un volume intérieur cylindrique creux logeant axialement un ressort de rappel. Le ressort de rappel qui coopère avec l'organe d'obturation de soupape se situe au moins par segment dans le segment de guidage. On utilise mieux le volume disponible dans une pompe à piston avec une soupape selon 7 l'invention, ce qui permet de diminuer les dimensions de la pompe à piston ou d'utiliser autrement le volume disponible. Grâce au passage plus important du liquide du fait des canaux, on peut réduire la course de l'organe d'obturation de soupape. Cela permet de raccourcir le ressort de rappel et d'économiser du volume et de la matière pour l'élément de pompe. La course plus réduite de l'organe d'obturation de soupape se répercute en outre de façon positive sur le coût de la soupape selon l'invention. Suivant un autre développement avantageux de l'invention, le segment d'étanchéité est creux. Le volume intérieur cylindrique creux du segment de guidage ainsi que la forme creuse du segment d'étanchéité, réduisent encore plus la masse de l'organe d'obturation de soupape, ce qui minimise d'autant les oscillations et réduit les pulsations de pression. En conséquence, on réduit les émissions de bruit et les contraintes mécaniques exercées sur les composants liés à la soupape. Suivant un autre développement avantageux de l'invention, le canal s'étend à partir de son embouchure dans le segment de calotte à travers le corps de l'organe d'obturation jusqu'au volume intérieur cylindrique creux du segment de guidage. La haute pression peut être absorbée rapidement et efficacement par le canal qui se termine seulement après un court trajet dans le volume intérieur cylindrique creux, de grande dimension du segment de guidage. Suivant un autre développement avantageux de l'invention, le segment de guidage comporte au moins une entretoise de guidage pour maintenir l'organe d'obturation de soupape. Des entretoises de guidage sont avantageusement réparties régulièrement à la périphérie du segment de guidage et sont dirigées dans la direction axiale de ce segment. Pour un guidage stable, des entretoises s'étendent de préférence pratiquement sur toute l'extension axiale du segment de guidage. Suivant un autre développement avantageux de l'invention, le segment de guidage a une longueur plus grande que le plus grand diamètre du segment d'étanchéité. 8 L'allongement du guidage de l'organe d'obturation de soupape positionne celui-ci de manière plus stable. Le guidage plus stable par les entretoises de guidage et/ou par l'allongement du segment de guidage, diminue les oscillations de l'organe d'obturation, si bien que les pulsations de pression, le bruit engendré et les contraintes mécaniques des composants liés à la soupape sont réduits d'autant. Suivant un développement avantageux, la soupape selon l'invention comporte un boîtier logeant l'organe d'obturation et on a un passage entre la surface enveloppe extérieure du segment de guidage et la paroi intérieure du boîtier, orienté dans la direction longitudinale du segment de guidage. Le passage est traversé par le liquide lorsque la soupape est ouverte, c'est-à-dire lorsque l'organe d'obturation est soulevé du siège et ce passage se fait dans la direction axiale sur l'organe d'obturation et sur le segment de guidage. Selon un autre développement, le boîtier a un orifice de sortie dans la direction de passage derrière la soupape. De manière préférentielle, l'orifice de sortie est une rainure radiale imprimée dans le boîtier et à travers laquelle le liquide peut sortir du boîtier. Suivant un autre développement avantageux, l'orifice de sortie est prévu dans le fond du boîtier. La sortie dans le fond du boîtier permet de balayer l'air accumulé derrière l'organe d'obturation ou de l'évacuer du cylindre creux du segment de guidage. En outre, cela permet de compenser les différences de viscosité du liquide traversant la soupape selon les variations de température. L'invention concerne également une pompe à piston équipée d'une soupape telle que définie ci-dessus pour un système hydraulique ou un système pneumatique. La pompe à piston comporte en plus d'un piston, une soupape ainsi qu'une entrée et une sortie avec au moins une soupape selon l'invention. Elle convient de préférence pour des systèmes fonctionnant à haute pression et s'applique par exemple à des systèmes de freins de véhicules automobiles tels que les systèmes ABS, ASP et 9 ESP. Pendant une course de pompage de la pompe à piston, l'organe d'obturation de soupape est soulevé par rapport à son siège et le liquide hydraulique peut s'échapper de la chambre de compression de la pompe, passer sur l'organe d'obturation de soupape et arriver dans la chambre de la soupape pour s'en échapper par l'orifice de sortie. L'invention concerne également l'utilisation de la soupape selon l'invention pour réduire les pulsations de pression et/ou le bruit développé, notamment dans les systèmes hydrauliques ou pneumatiques. On améliore le comportement en oscillation de la soupape selon l'invention du fait que l'organe d'obturation est guidé de manière définie par l'élément cylindrique de guidage. La réduction des oscillations de l'organe d'obturation diminue les pulsations de pression, les émissions de bruit et les contraintes mécaniques exercées sur les composants hydrauliques ou pneumatiques liés à la soupape. La soupape selon l'invention est utilisée avantageusement pour réduire les pulsations de pression et/ou le bruit développé de préférence dans les pompes à pression, à aspiration et les pompes à piston ainsi que dans les systèmes à haute pression comme par exemple les systèmes de freins de véhicules automobiles tels que les systèmes ABS, ASP et ESP. 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 est une vue en perspective d'un organe d'obturation de soupape, vu de droite et de dessus, - La figure 2 est une vue en perspective d'un organe d'obturation de soupape, vu de gauche et de dessus, - la figure 3 est une vue en perspective avec coupe longitudinale de l'organe d'obturation de soupape de la figure 2, - La figure 4 est une coupe longitudinale d'une soupape montrant le boîtier et le siège de soupape en position ouverte, - la figure 5 est une vue correspondant à celle de la figure 4 pour la soupape en position fermée. 10 Description des modes de réalisation de l'invention Les figures 1 à 3 montrent deux modes de réalisation d'un organe d'obturation de soupape 10 comprenant un segment de cylindre circulaire de guidage 12 et un segment en forme de calotte d'étanchéité 14 dans la direction longitudinale du segment cylindrique. Le segment d'étanchéité 14 a une surface bombée et quatre embouchures de canal 16 réparties régulièrement dans la direction périphérique du segment d'étanchéité 14. Dans le mode de réalisation de la figure 1, un canal droit 18 à section rectangulaire débouche dans chaque embouchure de canal 16. Le canal 18 est réalisé sur le côté longitudinal extérieur du segment cylindrique circulaire de guidage 12 de l'organe d'obturation de soupape 10 ; le canal est ouvert sur son côté longitudinal extérieur c'est-à-dire que le canal est défini par trois parois très délimitées en sa section rectangulaire. Dans l'exemple de réalisation des figures 2 et 3, l'organe d'obturation de soupape 10 comporte un segment de guidage 12 avec un volume intérieur 20 cylindrique creux. Les canaux 18 ont une forme cylindrique circulaire tubulaire. Les canaux sont dirigés en diagonale par rapport à la direction longitudinale du segment de guidage 12 en traversant l'organe d'obturation 10 pour se terminer dans le volume intérieur 20 cylindrique creux du segment de guidage 12. La figure 4 montre une soupape 22 comprenant le boîtier 24 et un siège de soupape 26 de forme conique avec un cylindre 28. Le siège de soupape 26 entoure de manière circulaire l'orifice 30 du cylindre 28. La soupape 22 comporte un organe d'obturation 10 comme dans l'exemple de réalisation des figures 2 et 3. L'organe d'obturation 10 comprend un segment d'étanchéité 14 tourné vers le cylindre et ensuite dans la direction axiale, un segment de guidage 12 s'écartant du cylindre 28. Le boîtier 24 de la soupape 22 comporte en son centre un trou borgne formant une chambre de soupape. Le trou borgne loge l'organe d'obturation de soupape 10 et un ressort de rappel 32 en forme de ressort hélicoïdal de compression. Le boîtier 24 comporte une rainure annulaire frontale 34 s'étendant dans la direction axiale pour recevoir le ressort de rappel 32. Le ressort de rappel 32 s'appuie par une extrémité contre le fond du trou borgne dans la rainure annulaire 34. Par son autre extrémité, le ressort arrive dans le volume intérieur 20 cylindrique creux du segment de guidage 12 de l'organe d'obturation 10 suivant la direction axiale. L'organe d'obturation de soupape 10 est installé dans le boîtier 24 de façon à former un passage 40 entre la surface enveloppe extérieure 36 du segment de guidage 12 et la paroi intérieure 38 du boîtier 24, paroi orientée dans la direction longitudinale par rapport au segment de guidage 12. A l'ouverture de la soupape 22, l'organe d'obturation 10 est soulevé du siège de soupape 26 par la pression exercée par la veine de fluide sortant de l'orifice 30 du cylindre 28 (figure 3). Le liquide sort de l'orifice 30 du cylindre 28 et sur le segment d'étanchéité 14 en passant à la fois par les canaux 18 pour arriver dans le volume intérieur cylindrique creux 20 et aussi par le passage 40 le long du segment de guidage 12, c'est-à-dire entre la surface enveloppe extérieure 36 du segment de guidage 12 et la paroi intérieure 38 du boîtier 24 pour arriver dans le boîtier 24. Comme le liquide est évacué par les canaux 18, cela diminue l'impulsion à l'ouverture et réduit les pulsations de pression et les oscillations de l'organe d'obturation de soupape 10. On évite ainsi le bruit et les composants liés à la soupape 22 sont moins sollicités mécaniquement. Lorsque la pression de la veine de liquide diminue, le ressort de rappel 32 pousse l'organe d'obturation de soupape 10 dans la direction opposée à la direction d'écoulement pour l'appliquer contre le siège de soupape 26 et fermer l'ouverture 30 par le segment d'étanchéité 14. La soupape 22 fonctionne également comme clapet anti-retour. Les embouchures 16 des canaux des segments d'étanchéité 14 se situent à l'extérieur de l'orifice entouré par le siège de soupape 26 lorsque la soupape 22 est fermée, si bien que lorsque la soupape est fermée, le liquide ne peut pas passer par les canaux 18 ou la soupape 22. NOMENCLATURE 10 organe d'obturation de soupape 12 segment de guidage 14 segment d'étanchéité 16 embouchure de canal 18 canal 20 volume intérieur du segment de guidage 12 22 soupape 24 boîtier de soupape 26 siège de soupape 28 cylindre 30 orifice 32 ressort de rappel 34 rainure annulaire côté frontal 38 paroi intérieure 40 passage20 REVENDICATIONS1 °) Soupape (22) comportant un organe d'obturation (10) et un siège de soupape (26) dans la direction longitudinale de l'organe d'obturation (10) pour une pompe à piston, - l'organe d'obturation (10) ayant un segment cylindrique (12) de guidage et un segment en forme de calotte d'étanchéité (14) orienté vers un siège d'étanchéité (26) dans la direction longitudinale du segment cylindrique de guidage (12), le segment d'étanchéité assurant sélectivement la fermeture et l'ouverture d'un orifice (30) entouré par le siège de soupape (26), caractérisée en ce que, le segment d'étanchéité (14) comporte au moins une embouchure de canal (16) ou qui, à l'état fermé de la soupape (22), se situe à l'extérieur de l'orifice (30) entouré par le siège de soupape (26) et débouche dans un canal (18) qui s'étend sensiblement dans la direction de passage dans l'organe d'obturation de soupape (10). 2°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le canal (18) est prévu sur un côté extérieur longitudinal de l'organe d'obturation de soupape (10) et est ouvert vers l'extérieur sur le côté longitudinal. 3°) Soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal (18) est de forme tubulaire fermée traversant l'organe d'obturation de soupape (10). 4°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation est en matière plastique. 5°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que 1le segment de guidage (12) comporte un volume intérieur (20) en forme de cylindre creux logeant axialement un ressort de rappel (32). 6°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le segment d'étanchéité (14) est creux. 7°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le segment de guidage (12) comporte au moins une entretoise de guidage pour maintenir l'organe d'obturation de soupape (10). 8°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le segment de guidage (12) est plus long dans sa direction longitudinale que le plus grand diamètre du segment d'étanchéité (14). 9°) Soupape (22) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape (22) comporte un boîtier (24) recevant l'organe d'obturation de soupape (10) pour former un passage entre la surface enveloppe extérieure (36) du segment de guidage (12) et la paroi intérieure (38) du boîtier (24) orientée dans la direction longitudinale du segment de guidage (12). 10°) Pompe à piston comportant une soupape (22) selon l'une des revendications 1 à 9, appliquée à un système hydraulique ou pneumatique.30