Brevet FR2952155A1 — publié le 20110506

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape comportant un organe d'obturation et un siège de soupape installé dans la direction longitudinale par rapport à l'organe d'obturation pour une pompe à piston. L'invention concerne également une pompe à piston équipée d'une telle soupape pour un système hydraulique ou pneumatique ainsi que l'utilisation de la 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 repassant la 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 2 pression des installations de freins génèrent des vibrations et des bruits divers, gênants. Par exemple à 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, on 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 comportement oscillant optimisé à l'ouverture et à la fermeture pour diminuer les sollicitations mécaniques exercées sur les composants reliés. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une soupape de pompe à piston du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'organe d'obturation comporte un élément de guidage, cylindrique et dans la direction longitudinale de l'élément de guidage, un élément 3 d'étanchéité orienté vers le siège de soupape, est tenu par l'élément de guidage. Ainsi la soupape de pompe à piston selon l'invention permet de réduire des pulsations de pression et/ou le bruit engendré. L'invention repose sur la considération que le comportement vibratoire ou oscillant de la soupape se minimise en guidant de manière définie l'organe d'obturation de la soupape au moment de l'ouverture, à l'aide de l'élément de guidage cylindrique. Le guidage défini et la réduction des vibrations de l'organe d'obturation diminuent les pulsations de pression, les bruits générés ainsi que les contraintes mécaniques exercées sur les composants hydrauliques et pneumatiques liés à la soupape. De plus l'élément de guidage peut servir à limiter la course par son extension longitudinale, si bien que la course de réglage de l'organe d'obturation de soupape est toujours définie et constante pour tout mouvement d'ouverture. La soupape selon l'invention a l'avantage d'être d'une fabrication économique. L'élément de guidage cylindrique se fabrique soit comme pièce injectée en matière plastique, soit comme pièce de transformation en acier, en grande série, rapidement et simplement et ainsi de manière économique. Le procédé d'injection permet de fabriquer de manière économique des pièces utilisables directement qui ne sont entachées que de faibles tolérances. L'élément d'étanchéité se monte simplement sur l'élément de guidage en ce que l'on maintient cet élément par accrochage ou autre moyen sur l'élément de guidage. Grâce à la réalisation en forme de bille, de l'élément d'étanchéité et à la forme cylindrique de l'élément de guidage, il n'y a pas lieu de modifier la forme habituelle de la pompe à piston pour que celle-ci puisse recevoir une soupape selon l'invention. Grâce à la forme cylindrique de l'élément de guidage, l'organe d'obturation de soupape peut s'intégrer de manière simple dans un perçage ou un trou borgne fraisé ou encore dans le couvercle de la pompe à piston. L'élément d'étanchéité en forme de bille, par exemple une bille, une forme d'ellipsoïde, un poussoir ou un organe en forme d'ceuf, présente une surface pour réaliser l'étanchéité d'une ouverture et cette surface est au moins bombée par segment dans deux dimensions. La 4 surface bombée coopère avec le siège de soupape réalisé, par exemple comme un siège conique rentrant, si bien que l'élément d'étanchéité est appliqué contre le siège de soupape suivant une surface d'étanchéité en forme d'anneau de cercle ou de ligne d'étanchéité. Selon un premier développement avantageux de la soupape selon l'invention, l'élément d'étanchéité en forme de bille est effectivement une bille. Cet élément d'étanchéité est symétrique en rotation par rapport à tout axe passant par le centre et pour tout angle de rotation, contrairement à un ellipsoïde présentant ainsi sa courbure sans orientation par rapport au siège d'étanchéité. Selon un second développement avantageux de la soupape selon l'invention, l'élément de guidage n'entoure que partiellement l'élément d'étanchéité. On fixe ainsi de manière optimale l'élément d'étanchéité, on économise de la matière et l'organe d'obturation de soupape est léger. L'organe d'obturation de soupape peut certes être réalisé en acier de sorte qu'il assure une bonne étanchéité et subit peu d'usure. Selon un développement avantageux la soupape de l'invention, l'élément d'étanchéité et/ ou l'élément de guidage est/ sont réalisés en matière plastique, ce qui divise plusieurs fois la masse de l'organe d'obturation de soupape. De plus, l'élément d'étanchéité en matière plastique améliore le comportement de fermeture du siège d'étanchéité. Selon un autre développement avantageux, le diamètre de l'élément d'étanchéité en forme de bille est réduit de façon qu'il ne soit que légèrement supérieur au diamètre du siège d'étanchéité, ce qui réduit d'autant la masse de l'organe d'obturation de soupape et permet une économie de matière. Selon un autre développement avantageux, l'élément de guidage a un volume intérieur cylindrique creux logeant axialement un ressort de rappel. Le ressort de rappel coopérant avec l'organe d'obturation de soupape se situe au moins par segment dans l'élément de guidage. Cela permet de mieux utiliser le volume dans une pompe à piston équipée d'une soupape selon l'invention, et de réduire les dimensions de la pompe à piston ou d'utiliser autrement le volume disponible. Le volume intérieur cylindrique creux de l'élément de guidage diminue d'autant la masse de l'organe d'obturation de soupape. Dans la soupape selon l'invention, la masse de l'organe d'obturation de soupape est fortement réduite grâce à la réalisation en 5 matière plastique, au fait que l'élément d'étanchéité n'est que partiellement entouré par l'élément de guidage, et aussi grâce à la réduction du rayon de l'élément d'étanchéité et/ ou de l'élément de guidage cylindrique creux. L'impulsion à l'ouverture de cet organe d'obturation de soupape, plus léger, est fortement réduite lors de l'ouverture de la soupape, ce qui évite les suroscillations de l'organe d'obturation de soupape et les impulsions de pression par la réflexion des ondes de choc. La légèreté de l'organe d'obturation de soupape évite les variations brusques de force et de pression dans la ligne de transmission de la pompe à piston et le bruit qui serait engendré sous la forme de bruit de structure transmis aux pièces de support qui serait difficile à amortir. Le meilleur comportement d'oscillation de la soupape réduit les contraintes mécaniques des pièces liées à la soupape. A la fois l'élément de guidage cylindrique et aussi le volume intérieur cylindrique creux de l'élément de guidage peuvent avoir différentes surfaces de base. Toutefois de manière préférentielle, on a une surface de base de forme circulaire qui s'utilise avantageusement du point de vue de l'hydraulique et est facile à réaliser. Selon un autre développement avantageux de l'invention, l'élément de guidage comporte au moins une entretoise de guidage pour tenir l'organe d'obturation de soupape. Les entretoises de guidage sont avantageusement réparties régulièrement à la périphérie de l'élément de guidage et sont dirigées dans la direction axiale de l'élément de guidage. Pour stabiliser le guidage, les entretoises de guidage occupent de préférence pratiquement toute l'extension axiale de l'élément de guidage. Selon un développement avantageux, la soupape selon l'invention comporte un boîtier qui reçoit l'organe d'obturation de soupape laissant un passage entre la surface enveloppe extérieure de l'élément de guidage et la paroi intérieure du boîtier orienté dans la 6 direction longitudinale de l'élément de guidage. Ce passage est traversé lorsque la soupape est ouverte, c'est-à-dire lorsque l'organe d'obturation de soupape est soulevé du siège par le liquide passant dans la direction axiale sur l'organe d'obturation de soupape et sur l'élément de guidage. Le boîtier comporte un orifice de sortie dans le sens de passage et en aval de la soupape. L'orifice de sortie est de préférence une rainure radiale imprimée dans le boîtier et par laquelle le liquide peut sortir du boîtier. Selon un autre développement avantageux de l'invention, l'élément de guidage est plus long dans la direction longitudinale que le plus grand diamètre de l'élément d'étanchéité. L'allongement du guidage de l'organe d'obturation de soupape assure un positionnement plus stable de cet organe et réduit encore plus les sur oscillations, ce qui diminue d'autant les pulsations de pression, le bruit généré et les contraintes mécaniques appliquées aux composants correspondants de la soupape. L'invention concerne également une pompe à piston munie d'une soupape selon l'invention pour un système hydraulique ou pneumatique. La pompe à piston comporte en plus du piston, une soupape, une entrée et une sortie et au moins une soupape selon l'invention. Elle convient de préférence pour les systèmes à haute pression et s'applique par exemple à des systèmes de freins de véhicules tels que les systèmes ABS, ASP, ESP. Pendant la course du piston de pompe, l'organe d'obturation de soupape est soulevé du siège d'étanchéité, si bien que le liquide hydraulique peut s'échapper de la chambre de compression de la pompe, passer autour de l'organe d'obturation de soupape et arriver ainsi dans la chambre de soupape pour s'échapper de la chambre de soupape à travers 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 un système hydraulique ou pneumatique. Le comportement oscillant de l'organe d'obturation de la soupape selon l'invention est réduit au minimum du fait que l'organe d'obturation est guidé de manière définie par l'élément de guidage cylindrique au moment de l'ouverture. La réduction des oscillations de l'organe 7 d'obturation de soupape diminue les pulsations de pression, les émissions de bruit et les contraintes mécaniques des composants hydrauliques ou pneumatiques liés à la soupape. La soupape selon l'invention est appliquée de préférence pour réduire les pulsations de pression et/ou le bruit développé dans les pompes de pression, les pompes aspirantes et les pompes à piston et dans les systèmes haute pression, 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'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée dans laquelle : - la figure est une coupe longitudinale d'une soupape selon l'invention. Description des modes de réalisation de l'invention Selon la figure, la soupape comporte un organe d'obturation 10 ayant un élément de guidage cylindrique creux 12 et un élément d'étanchéité 14 en forme de bille. Le guidage de l'organe d'obturation de soupape 10 est allongé de manière significative dans la direction axiale par l'élément de guidage 12 et entoure ainsi l'élément d'étanchéité 14, en partie par un bord d'accrochage 16. L'élément d'étanchéité 14 peut être accroché et bloqué dans l'élément de guidage par une étape de montage simple. Un ressort de rappel 18 logé dans l'extrémité ouverte de l'élément de guidage assure la précontrainte de l'organe d'obturation de soupape 10 contre le siège d'étanchéité 20, par exemple un cylindre de pompe non représenté. NOMENCLATURE 10 organe d'obturation de soupape 12 élément de guidage cylindrique creux s 14 élément d'étanchéité en forme de bille 16 accrochage 18 ressort de rappel 20 siège d'étanchéité lo 15 REVENDICATIONS1 °) Soupape comportant un organe d'obturation (10) et un siège de soupape (20) installé dans la direction longitudinale par rapport à l'organe d'obturation (10) pour une pompe à piston, caractérisée en ce que l'organe d'obturation (10) comporte un élément de guidage (12), cylindrique et dans la direction longitudinale de l'élément de guidage (12), un élément d'étanchéité (14) orienté vers le siège de soupape (20), est tenu par l'élément de guidage (12). 2°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (14) est une bille. 3°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de guidage (12) entoure partiellement l'élément d'étanchéité (14). 4°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de guidage (12) et/ ou l'élément d'étanchéité (14) sont en matière plastique. 5°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de guidage (12) a une cavité cylindrique creuse logeant axialement un ressort de rappel (18). 6°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de guidage (12) comporte au moins une entretoise de guidage pour tenir l'organe d'obturation (10). 15 l0 7°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la soupape comporte un boîtier qui reçoit l'organe d'obturation (10) pour former un passage entre la surface enveloppe extérieure de l'élément de guidage (12) et la paroi intérieure du boîtier orienté dans la direction longitudinale de l'élément de guidage (12). 8°) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de guidage (12) est plus long dans la direction longitudinale que le plus grand diamètre de l'élément d'étanchéité (14). 9°) Pompe à piston équipée d'une soupape selon la revendication 1, pour un système hydraulique ou pneumatique. 10°) Utilisation de la soupape de la revendication 1, pour réduire les pulsations de pression et/ou le bruit. 20