Brevet FR2954443A1 — publié le 20110624

RFR0564 Vanne destinée, notamment, à être implantée dans un cir- cuit d'admission d'air d'un moteur thermique La présente invention concerne une vanne destinée, notamment, à être implantée dans un circuit d'admission d'air d'un moteur thermique. L'invention concerne également un tel circuit d'admission. 10 ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION IL est connu d'utiliser des vannes pour contrôler le passage d'air dans les cylindres d'un moteur thermique, ces vannes étant pilotées afin d'optimiser la combustion en améliorant le mélange air combustible lors de la phase 15 d'admission. Afin d'améliorer la combustion, on peut avoir, notamment, recours à un dispositif avec des conduits d'alimentation dont la géométrie permet la création d'un mouvement d'air tourbillonnaire, appelé aussi courant 20 « swirl », dans la chambre de combustion. Ce type de dis-positif est courant dans les moteurs diesel à injection : on prévoit généralement deux conduits d'alimentation par cylindre, dont un conduit principal et un conduit secondaire, la fermeture du conduit principal permettant la 25 création du courant de « swirl ». Que ce soit dans le contexte spécifique de la création d'un courant « swirl » ou dans le contexte plus général de la circulation d'air dans un circuit d'admission, on comprend qu'il est important que les van- 30 nes pilotant le débit des différents écoulements d'air fonctionnent de façon fiable et précise. Ainsi, quand el-les doivent obturer complètement un écoulement d'air, tout défaut d'étanchéité provoque des fuites d'air intempestives venant créer des pertes de charge et des pertur- 35 bations ayant des répercussions négatives sur le rende-ment global du moteur. 1 Les vannes se présentent généralement, de façon connue, sous la forme d'un corps muni d'un conduit dans lequel un ou plusieurs volets sont montés sur un même arbre. Dans le cas de vannes contrôlant le passage d'air dans les cylindres d'un moteur thermique, on a générale-ment un conduit principal et un conduit secondaire par cylindre. Les volets sont munis chacun d'un manchon traversant, disposé en partie médiane des volets, dans le-quel est reçu l'arbre, de telle manière que l'axe de l'arbre passe par le centre de chaque volet, dans son plan. La rotation de l'arbre, guidé par des paliers et actionné par des moyens moteur, entraîne le déplacement des volets d'une position d'obturation, où le volet vient s'appuyer contre un épaulement (appelé également siège) dans le conduit, à une position de pleine ouverture, où le volet est décollé au maximum de cet épaulement, avec différentes positions intermédiaires possibles. Le jeu entre les volets et leurs sièges associés d'une part, entre l'arbre et ses paliers d'autre part permet le mouve- ment correct des volets vers et à partir de leurs positions d'obturation, en minimisant à la fois les risques de fuite entre le bord des volets et leurs sièges associés une fois les volets en position d'obturation, et les risques de coincement des volets quand ceux-ci accostent ou quittent leurs sièges associés. Cependant, cette conception de volet est susceptible d'améliorations. En effet, notamment, l'interface bord de volet/siège associé quand le volet est en position d'obturation est interrompue localement dans deux zones diamétralement opposées l'une à l'autre et correspondant aux passages de l'axe traversant, ce qui crée potentiellement un risque de fuite accru dans ces zones spécifiques le long du logement de l'arbre.35 OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet une vanne dont la conception vise à minimiser les inconvénients précités. Elle vise ainsi une vanne de conception améliorée, limitant au mieux les risques de fuite quand un ou plu-sieurs volets montés sur un même arbre passent en position d'obturation, et, accessoirement, limitant également tout risque de coincement des volets quand ils sont mus en rotation, tout en restant de conception simple. DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Le problème précité est résolu conformément à l'invention grâce à une vanne comprenant un corps et au moins un volet, monté sur un arbre pour être mobile entre au moins une position d'obturation et une position de pleine ouverture d'un conduit, prévu convergent et/ou divergent, ménagé dans le corps, le volet présentant un bord périphérique, destiné à venir en contact avec le corps de la vanne, en continuité de matière avec le reste du volet, l'axe de l'arbre étant décalé par rapport à un plan mé- dian du volet. On comprend au sens de l'invention par volet un composant définissant deux faces principales opposées, le plus souvent sensiblement planes et parallèles entre el-les, ledit volet étant destiné à pivoter par rapport à un axe. Le volet est ici de préférence de type papillon, et peut adopter différentes formes géométriques, notamment avoir un pourtour circulaire, ovale, parallélépipédique. Il présente un axe central, généralement son axe de symétrie, passant par son centre et qui est normal à ses fa- ces principales. On comprend par plan médian du volet un plan passant dans l'épaisseur du volet, et sensiblement à équidistance de ses deux faces principales. La solution conforme à l'invention améliore déjà l'étanchéité en ce qu'elle prévoit un conduit convergent et/ou divergent, ce qui permet de favoriser le contact entre le volet et le conduit en position d'obturation. En outre, selon l'invention, l'axe de l'arbre est décalé par rapport au plan médian du volet ce qui, à la fois, limite les risques de coincement et permet un contact entre le pourtour du volet et le pourtour du siège associé qui est continu quand le volet est en position d'obturation. Ce contact continu volet/siège sur toute la circonférence du volet est extrêmement avantageux, car il supprime les problèmes potentiels de fuite au niveau des zones de discontinuité dues aux passages de l'arbre traversant dans sa configuration connue antérieure. On vient ainsi déporter l'arbre hors de la zone des sièges des conduits, de façon à ce qu'il ne vienne plus compromettre l'étanchéité volet/siège quand le volet est en position d'obturation. On dispose de la sorte d'une solution permettant une étanchéité améliorée, tout en limitant les risques de coincement, ceci avec une vanne de conception particuliè- rement simple puisque qu'offrant un contact direct avec le conduit ménagé dans le corps, c'est-à-dire sans utilisation d'un joint ou segment d'étanchéité. Selon un mode de réalisation, l'axe de l'arbre est en outre décalé par rapport à l'axe central du volet. Ceci vient limiter encore les risques de coincement de volets contre les parois des conduits quand les volets sont mus en rotation et sans recourir à des formes compliquées de conduit. Le décalage prévu est suffisant pour que le volet puisse tourner de façon appropriée pour adopter toutes les positions prévues de la pleine ouverture à l'obturation, sans que son pourtour ne vienne frotter sur les parois du conduit quand il tourne, sans risquer des problèmes d'accostage quand il arrive dans sa position d'obturation contre son siège associé. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures des dessins annexés où : - la figure 1 illustre une représentation vue en coupe d'une vanne selon l'art antérieur - la figure 2 illustre une représentation en perspective d'une vanne selon l'invention sans l'arbre muni de ses volets ; - la figure 3 illustre une vue en coupe transversale d'un volet selon l'invention, en position d'obturation d'un conduit (l'arbre sur lequel le volet est monté n'étant pas représenté) ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un volet selon l'invention conforme à la figure 3, en position d'obturation du conduit auquel il est associé dans la vanne selon une première variante ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un volet selon l'invention conforme à la figure 3, en position d'obturation du conduit auquel il est associé dans la vanne, selon une seconde variante. L'ensemble des figures est très schématique et ne respecte pas nécessairement l'échelle pour en faciliter la lecture, chaque élément représenté conservant la même référence dans l'ensemble des figures. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION La figure 1 représente en coupe transversale, de fa- çon très simplifiée, l'implantation d'une vanne selon l'art antérieur dans un circuit d'admission d'air d'un moteur thermique. Sont représentés un corps 1 délimitant un conduit principal C dans lequel débouchent trois conduits secondaires C1,C2,C3. Dans le corps 1 est monté un arbre A d'axe X et transversal aux conduits secondai- res C1,C2,C3. Sur l'arbre A, sont montés de façon serrée trois volets V1,V2,V3. Les volets sont ici de type papillon. Ils ont un contour sensiblement circulaire correspondant au contour des orifices par lesquels les conduits secondaires C1,C2,C3 débouchent dans le conduit principal C. Les vo-lets comprennent deux faces opposées sensiblement planes et parallèles entre elles, sauf dans une zone médiane traversant le volet sur tout son diamètre et qui définit un manchon (non représenté) dans lequel est engagé l'arbre A. Quand l'arbre A tourne afin d'amener les volets en position d'obturation contre les sièges (non représentés) des conduits secondaires C1,C2,C3 les bords B1,B2,B3 des volets viennent en appui sur les sièges, avec cependant deux discontinuités de contact correspondant aux deux zones de passage diamétralement opposées Al,A'l de l'arbre A. Même quand les volets sont parfaitement appliqués sur leurs sièges associés, il y a des risques de fuite loca- lisées dans ces zones A1,A'1 où l'arbre A se trouve en contact localement avec chaque siège, risques qu'il est difficile de supprimer en gardant cette configuration de vanne. La figure 2 représente une vanne selon l'invention, dont on a retiré les volets et l'arbre qui les porte pour plus de clarté. Cette figure sera décrite avec la figure 3, qui représente un volet de la vanne selon l'invention, et la figure 4, qui représente le même volet une fois en appui, en position d'obturation, sur le siège de son conduit associé dans la vanne. La vanne selon l'invention comprend un conduit principal et quatre conduits secondaires C'2,C'3,C'4,C'5, ici convergents, destinés à être obturer sur commande par quatre volets montés serrés et en série sur un arbre A mu en rotation à l'aide de moyens moteur et non représentés. La vanne est ainsi constituée de n modules, avec, ici, n égal à 4, chaque module comportant son conduit secondaire et son volet associé débouchant dans le conduit principal. L'axe X de l'arbre A a été déporté, de façon à ne plus traverser les sièges C'21,C'31,C'41,C'51 des conduits secondaires de la façon suivante. On voit en effet à la figure 2 que le perçage des orifices 01 à 08 permettant de recevoir l'arbre A est décalé vers l'avant, selon la figure, par rapport au positionnement des sièges des conduits secondaires. Comme illustré plus précisément en figure 3 : le volet V1' (et, de manière identique, les trois autres volets) est circulaire, délimité par deux faces planes F1,F2 reliées par un bord latéral B'l aminci. Cette surface latérale B'l peut avoir une forme tron- conique ou torique. Le volet V1' présente un axe Y central de symétrie passant par son centre 0, et un plan médian P qui passe substantiellement dans l'épaisseur du volet en son milieu, qui est perpendiculaire à l'axe central. Ce plan P est également, substantiellement, ce que l'on peut désigner par le plan dit d'étanchéité, une fois le volet en appui sur le siège associé du conduit. Le vo-let, en outre, est muni d'un manchon V'll dans lequel est reçu l'arbre A, le manchon étant disposé en saillie d'un seul côté d'une des faces F1 du volet. Ce manchon déli- mite une section de passage S destinée à accueillir l'arbre, section centrée sur l'axe X de l'arbre, et dont l'axe central, qui est substantiellement l'axe X de l'arbre A, ne croise pas l'axe central Y du volet V1'. Selon l'invention, le volet est réalisé en continui- té de matière du manchon jusqu'à son bord périphérique, venant en contact avec le conduit en position d'obturation. Autrement dit, le volet est mono-matière, y compris son manchon. Comme représenté en figure 3, l'axe X de l'arbre A est décalé par rapport au plan médian P du volet d'une distance dl donnée. Ce décalage garantie une continuité de contact volets/sièges, l'arbre étant ainsi déporté hors de la zone des sièges des conduits secondaires. L'axe X de l'arbre A pourra aussi être décalé par rapport à l'axe central Y du volet V1' d'une distance d2 donnée (la distance d2 étant mesurée perpendiculairement aux deux axes). Ainsi, on impose une distance minimale entre l'axe X de l'arbre et le centre 0 du volet, de façon à ce que le mouvement du volet V'1 d'une position à une autre, et notamment quand il accoste ou quitte le siège du conduit C'2, ne soit pas contrarié par des frottements de son bord contre la paroi interne du conduit. Comme détaillé à la figure 4, et selon une première variante, le volet V1' (et tous les autres volets de la même façon) coopère, en position d'obturation, avec un siège C'21 présent dans le conduit C'2 associé, le siège présentant une portée pt au moins partiellement sous forme d'un tronc de cône dont l'axe Z est incliné par rapport à l'axe central Y du volet en position d'obturation et/ou par rapport à l'axe du conduit. Ici, l'axe central Y du volet et l'axe du conduit sont confondus. On comprend par portée la zone du siège destinée à rentrer en contact avec le bord B'1 du volet, lorsqu'il est en position d'obturation en appui sur le siège. Le bord B'1 du volet peut être de profil courbe, torique ou tronconique pour faciliter l'accostage du vo-let contre le siège. Ici, il est au moins partiellement sous forme d'une portion de sphère, une surface torique donc, alors que la zone de la portée du siège sur la- quelle il va s'appuyer quand le volet est en position d'obturation est conique. On a donc, en position d'obturation, un contact linéique entre le bord du volet et son siège associé, avec deux avantages à cela : d'une part, on évite le coincement du volet quand il quitte ou arrive dans sa position d'obturation, d'autre part, on garantit une bonne étanchéité quand il est en position d'obturation. Le fait que l'axe Z soit incliné par rapport à l'axe X permet au volet V'l de pivoter par rapport à l'axe X sans que son bord vienne se coincer ou frotter de façon excessive contre la portée pt ou la paroi interne du conduit au voisinage du siège C'21. L'inclinaison a est de préférence compris entre 0° et 20°, notamment d'au moins 2 ou d'au moins 50, et ici d'environ 10 à 150, ce qui confère au volet le débattement voulu par rapport à son conduit C'2 associé. On voit ainsi que, selon l'invention, il peut y avoir un décalage (angle a supérieur à 0°) ou pas (angle a égal à 0°). La figure 5 représente une seconde variante de positionnement du volet dans le siège du conduit, en position d'obturation : ici, l'axe Z n'est pas incliné par rapport à l'axe central Y du volet en position d'obturation et/ou par rapport à l'axe du conduit : il n'y a pas de décalage angulaire et l'angle 0 tel que re- présenté à la figure est à la fois l'angle du cône du siège et celui mesurant l'écartement des bords du volet. La figure 5 représente, par les lignes en pointillés, la trajectoire du volet V'l vers le siège C'21 du conduit associé. Les angles et y tels que représentés sont les angles de la tangente à la trajectoire du volet V'l en position d'obturation du conduit, mesurés dans un plan perpendiculaire à l'axe X de l'arbre A et passant par le centre 0 du volet V'l. Selon l'invention, et donc égale-ment dans le cas de la variante représentée à la figure 4, ces deux angles sont d'au moins 3°, et sont notamment compris entre 5 et 15°. Ils sont ici d'environ 5°. De préférence, les valeurs des angles p et y sont choisies identiques ou voisines. Le choix de ces valeurs d'angle permet d'assurer une trajectoire du volet sans frottement ou coincement. Selon l'invention, on sélectionne les valeurs appropriées pour les distances dl et d2, et éventuellement, quand il est prévu, l'inclinaison de l'axe Z du siège présentant une portée au moins partiellement sous forme d'un tronc de cône par rapport à l'axe central Y du volet en position d'obturation et/ou par rapport à l'axe du conduit, de façon à obtenir les valeurs d'angles R et y dans la gamme de valeurs mentionnées plus haut. On a en effet une relation entre dl, d2, 6, r (r étant le rayon du volet) et le décalage d'angle a, qu'il soit nul ou non, et les angles R et y, qui peut s'écrire de la façon suivante : J_arcsin dl \lJ r+d2)' +dl' a = 2 dl L'invention concerne également tout circuit d'admission d'un moteur thermique, comprenant au moins une vanne telle que décrite précédemment. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. Ainsi, dans l'exemple décrit, les volets ont été montés serrés sur l'arbre, mais ils peuvent indifféremment être montés glissant en translation sur l'arbre, de préférence glissants en translation et non en rotation. Le siège du volet peut être défini par un épaule-ment définissant la portée, ou être dépourvu d'un tel épaulement, le volet étant en position d'obturation lors-qu'il s'étend perpendiculairement au conduit en occupant toute la section de passage de celui-ci. De même, l'exemple décrit se rapporte à une pluralité de volets montés sur un même arbre, mais l'invention s'applique également à une vanne avec un seul volet monté sur un arbre. Les volets peuvent être en métal, en matériau plastique ou en matériau composite. En conclusion, la solution technique de l'invention permet d'obtenir une meilleure étanchéité des conduits quand les volets sont en position d'obturation, en modifiant la façon dont l'arbre est engagé dans les volets, mais sans en complexifier la fabrication. REVENDICATIONS1. Vanne (1) comprenant un corps et au moins un volet (V1',V2',V3',V4'), monté sur un arbre (A) pour être mobile entre au moins une position d'obturation et une position de pleine ouverture d'un conduit (C'2,C'3,C'4,C'5), prévu convergent et/ou divergent, ménagé dans le corps, le volet présentant un bord périphé- rique (B'1), destiné à venir en contact avec le corps de la vanne, en continuité de matière avec le reste du vo-let, l'axe (X) de l'arbre (A) étant décalé par rapport à un plan médian (P) du volet. 2. Vanne selon la revendication 1 dans laquelle l'axe (X) de l'arbre (A) est en outre décalé par rapport à l'axe central (Y) du volet. 3. Vanne (1) selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que le volet (V1') est muni d'un manchon (Vil') dans lequel est reçu l'arbre (A), le manchon étant disposé en saillie d'un seul côté d'une des faces (F1,F2) du volet. 4. Vanne (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'axe de la section de passage du manchon (Vii') ne croise pas l'axe central (Y) du volet (V1') . 5. Vanne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une pluralité de volets (V1',V2',V3',V4') sont montés en série sur le même arbre (A). 30 35 6. Vanne (1) selon l'une des revendications pré-cédentes, caractérisée en ce que le volet (V1',V2',V3',V4') est monté glissant en translation ou serré sur l'arbre (A). 7. Vanne (1) selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que le volet (V1',V2',V3',V4') coopère, en position d'obturation, avec un siège (0'21,0'31,0'41,0'51) présent dans le conduit associé (C'2,C'3,C'4,C'5), le siège présentant une portée (p) au moins partiellement sous forme d'un tronc de cône dont l'axe (Z) est incliné par rapport à l'axe central (Y) du volet en position d'obturation et/ou par rapport à l'axe du conduit. 8. Vanne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les angles (I3,y) de la tangente à la trajectoire du volet (V'1) en position d'obturation du conduit, mesurés dans un plan perpendiculaire à l'axe (X) de l'arbre (A) et passant par le centre (0) du volet (V'1) sont d'au moins 3°, et sont notamment compris entre 5 et 15°. 9. Vanne (1) selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce que le volet (V1',V2',V3',V4') est délimité par une surface latérale (B'1) tronconique ou torique. 10. Vanne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le volet (V1',V2',V3',V4') est délimité par une surface latérale (B'1) torique et en ce qu'il s'appuie, en position d'obturation, sur un siège (C'21,C'31,C'41,C'51) présent dans le conduit associé (0'2,0'3,0'4,0'5) dont la portée (pt) est sous forme d'un tronc de cône.35 11. Vanne (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une vanne de circuit d'admission d'air d'un moteur thermique. 12. Circuit d'admission d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une vanne (1) selon l'une des revendications précédentes.