Brevet FR2986847A1 — publié le 20130816

La présente invention concerne, de manière générale, le domaine technique des clapets anti-retour ou de régulation de flux, destinés à être insérés dans des circuits parcourus par des fluides, en particulier des fluides gazeux. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse à la structure d'un 5 clapet anti-retour du type à membrane souple, et encore plus particulièrement à la partie « siège » d'un tel clapet, c'est-à-dire la partie sur laquelle la membrane est appliquée en position de fermeture du clapet, empêchant le passage et plus précisément le reflux du fluide. Le clapet anti-retour à membrane, objet de l'invention, trouve en particulier des applications dans le 10 domaine automobile, à l'intérieur de systèmes divers qui utilisent la dépression pour leur fonctionnement. Dans les véhicules automobiles, il existe divers systèmes qui utilisent la dépression pour assurer des fonctions liées au fonctionnement du moteur thermique ou à la conduite et à la sécurité du véhicule : 15 turbocompresseur à géométrie variable, système de recirculation des gaz d'échappement (EGR), amplificateur de pression de frein à assistance, etc. La dépression est aussi utilisée pour assurer certaines fonctions de dépollution, telles que la purge des absorbeurs de vapeurs sur des véhicules à essence, ou la réaspiration des gaz de carter. 20 Pour les fonctions de pilotage ou d'assistance par le vide, la dépression est créée par l'admission dans le cas d'un moteur à essence atmosphérique, ou par une pompe à vide entraînée par l'arbre à cames d'un moteur diesel ou d'un moteur à essence turbocompressé, ou encore par une pompe électrique, et cette dépression est maintenue par un clapet anti-retour. 25 Dans le cas d'une assistance au freinage, un clapet de retenue de vide est installé pour garantir que le vide soit préservé en toutes circonstances, y compris en cas de coupure de la source de génération de la dépression, en particulier en cas d'arrêt du moteur du véhicule, afin de conserver l'assistance au freinage. Le bon maintien de la dépression constitue ainsi une exigence de 30 sécurité et beaucoup d'efforts sont faits pour garantir un temps de maintien de la dépression qui soit le plus long possible, après arrêt du moteur, et pour réduire le temps de (ré)établissement du vide dans le circuit d'assistance au freinage. Dans le cas de la gestion de flux de vapeurs d'essence et/ou de 35 vapeurs d'huile, notamment pour des fonctions de dépollution, les vapeurs doivent être injectées dans l'admission d'air du moteur afin d'être brûlées dans 2 986 84 7 2 ce dernier. Pour un moteur turbocompressé, en fonction du régime du turbocompresseur, ces vapeurs sont injectées en amont ou en aval du turbocompresseur. De plus, la mise en pression du turbocompresseur ne doit pas affecter le fonctionnement du système de recyclage des vapeurs. Ainsi, il est indispensable d'équiper les circuits de ce système avec un ou plusieurs clapets anti-retour, pour contrôler les flux gazeux. Par exemple, dans un système de recyclage de vapeurs d'huile, on prévoit deux clapets anti-retour, avec un premier clapet anti-retour inséré sur un conduit d'injection des vapeurs en amont du turbocompresseur, et un second clapet anti-retour inséré sur un conduit d'injection des vapeurs dans l'admission d'air, en aval du turbocompresseur, ce dernier clapet devant résister à la pression du turbocompresseur. Les clapets anti-retour actuellement utilisés dans ce genre d'applications comportent divers moyens de fermeture. Parmi ceux-ci, les clapets à corps en matière plastique, utilisant comme moyen de fermeture une membrane souple en caoutchouc, constituent la majorité des réalisations actuelles. A titre d'exemple de clapet anti-retour à membrane, il est fait référence au document de brevet EP 1 314 920 A2, dans lequel la membrane est maintenue par sa périphérie dans le corps du clapet. On connaît aussi des réalisations de clapets anti-retour à membrane, dans lesquels la membrane, percée en son centre, est fixée sur un picot central lui-même porté par le siège du clapet, la périphérie de la membrane étant dans ce cas libre - voir le document de brevet CN 201705473 U. Dans un tel clapet anti-retour, en position de fermeture, l'étanchéité est assurée par : - un contact de surface enter la périphérie de la membrane et le bord extérieur circulaire saillant du siège, - un contact de surface de la membrane avec une face du siège, - et aussi, dans le cas d'une membrane assemblée sur un picot central, une interférence entre le bord du trou central de la membrane et la périphérie du picot. Le contact au repos, c'est-à-dire en l'absence de pression différentielle, entre la membrane et le siège est obtenu par une déformation 35 élastique permanente de la membrane, résultant elle-même tant de la conformation du corps et du siège du clapet que du positionnement de la membrane elle-même. Les exigences habituellement imposées à ce genre de clapets antiretour sont d'avoir un clapet avec une pression d'ouverture et des pertes de 5 charge très faibles dans le sens passant du fluide, et d'avoir aussi une bonne résistance à la pression dans le sens contraire au flux. Ces exigences sont contradictoires, car elles imposent d'avoir d'une part, une membrane très souple et de grandes sections de passage pour le fluide, et d'autre part de petits orifices et une membrane relativement rigide. 10 Habituellement, le passage du fluide à l'intérieur du clapet, dans la position passante, est réalisé par des orifices circulaires ménagés dans le siège sous la membrane. Ces orifices circulaires sont notamment disposés tout autour du picot central sur lequel la membrane est maintenue. La forme actuelle circulaire des orifices présente des inconvénients 15 importants. En premier lieu, la forme circulaire des orifices n'est pas optimale du point de vue de la section d'écoulement disponible pour le flux gazeux. Ainsi, elle provoque des pertes de charge élevées, ce qui est pénalisant dans les applications pour lesquelles il est souhaité d'avoir un débit maximum, par 20 exemple pour optimiser une fonction de dépollution. En outre, dans le cas de fonctions de pilotage ou d'assistance par le vide, il est nécessaire de pouvoir établir le vide au plus vite, de manière à disposer au plus tôt de la source d'énergie constituée par ce vide. Une section de passage limitée et des pertes de charge élevées ne permettent pas 25 d'obtenir, pour le clapet, de bonnes performances en termes de temps d'établissement du vide pour ce genre d'applications. Par ailleurs, les orifices circulaires possèdent un bord qui forme des arêtes vives, sans arrondi. Ainsi, dans le cas où la membrane doit résister à une certaine pression dans le sens non passant du clapet, par exemple lors de 30 la mise en marche du turbocompresseur, l'absence d'arrondi est la cause d'une contrainte locale importante sur la membrane, avec des risques de fissurations ou même de déchirements de cette membrane. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés, et elle cherche ainsi à optimiser les clapets anti-retour 35 à membrane du genre ici considéré, c'est-à-dire à réduire autant que possible les pertes de charge et aussi le temps d'établissement du vide, tout en augmentant la résistance des clapets à la pression dans le sens non passant, ceci par une solution technique simple qui n'augmente pas l'encombrement du clapet et qui ne complique pas sa structure. A cet effet, l'invention a pour objet un clapet anti-retour à 5 membrane souple, le clapet comprenant un corps évidé, un siège disposé à l'intérieur de corps transversalement à celui-ci, le siège étant pourvu d'orifices de passage, et une membrane souple pouvant être appliquée contre le siège en obturant ses orifices, ou être écartée desdits orifices, la membrane étant maintenue par son centre ou par sa périphérie par exemple sur un picot central 10 porté par le siège, ce clapet anti-retour étant essentiellement caractérisé par le fait que les orifices de passage du siège présentent chacun une forme oblongue et sont disposés avec leurs plus grandes dimensions orientées suivant des directions radiales de ce siège, en particulier de façon rayonnante autour du picot central. 15 Ainsi, selon le principe de l'invention, les orifices de passage du siège du clapet anti-retour ne sont plus des orifices circulaires, mais des orifices oblongs qui, tous ensemble, possèdent une disposition « en marguerite ». Pour un siège de diamètre donné, de tels orifices oblongs peuvent 20 être plus nombreux que des orifices circulaires, et mieux couvrir la surface du siège, de manière à augmenter la section totale de passage du fluide, donc à réduire les pertes de charge et le temps d'établissement du vide, sans pour autant diminuer la surface utile d'appui de la membrane sur le siège. Typiquement, la forme oblongue des orifices de passage permet, 25 pour un siège de clapet de dimensions données, de remplacer cinq orifices circulaires classiques par huit orifices oblongs selon l'invention, ce qui offre un gain potentiel appréciable pour la section de passage totale (somme des sections de passage de tous les orifices). De plus, l'augmentation du nombre des orifices de passage donc 30 aussi du nombre de zones pleines du siège situées entre deux orifices consécutifs, permet de rapprocher ces zones pleines les unes contre les autres et, par conséquent, d'améliorer l'appui de la membrane contre le siège, à l'état non passant. Il en résulte une limitation des « vagues » sur la périphérie de la membrane en contact avec le bord du siège, d'où une amélioration de 35 l'étanchéité réalisée par le clapet, ainsi qu'une préservation de la membrane elle-même dont la résistance mécanique à la pression, dans le sens non passant, se trouve augmentée, le risque de déchirement de la membrane étant ainsi réduit. Avantageusement, les orifices de passage de forme oblongue possèdent un bord de profil arrondi, au moins au débouché de ces orifices sur 5 la face du siège tournée vers la membrane, ce qui limite la contrainte exercée sur la membrane appliquée contre cette face et contribue à la préservation de l'intégrité de cette membrane, même après une longue durée d'utilisation du clapet et de nombreuses ouvertures/fermetures de celui-ci. En particulier on évite ainsi le marquage de la membrane sous l'effet de la pression, qui peut 10 constituer un point de départ pour la fissuration de la membrane. Comme on le comprend aisément, en intervenant seulement au niveau du siège du clapet anti-retour, l'invention ne modifie pas la géométrie et les dimensions extérieures du clapet. De plus, elle ne complique pas la structure de clapet et ne le rend pas plus coûteux, les formes spécifiques du 15 siège et en particulier de ses orifices de passage pouvant être directement obtenues par moulage, tandis que le corps extérieur du clapet et la membrane peuvent conserver leur conception habituelle, de même que les assemblages de ces composants. Ainsi, l'invention possède une grande facilité de mise en oeuvre. 20 En outre, l'invention est compatible avec tous types de clapets à membrane, en particulier : - clapets à siège intégré ou à siège sous forme de pièce spécifique rapportée, - clapets à membrane lubrifiée ou non, 25 - clapets à membrane maintenue sur un picot central ou retenue par tout moyen, que ce soit en son centre ou à sa périphérie, - clapets et notamment corps de clapet assemblés par toutes techniques : soudage, encliquetage, vissage,... De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la 30 description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de ce clapet anti-retour à membrane. Figure 1 est une vue en perspective et en coupe longitudinale d'un clapet anti-retour à membrane, 35 Figure 2 illustre un siège de clapet anti-retour avec orifices circulaires classiques, Figure 3 est une vue partielle en coupe passant par l'axe d'un clapet conforme à l'invention, en position de fermeture, Figure 4 est une vue similaire à la figure 3, représentant le clapet en position d'ouverture, Figure 5 montre le siège du clapet selon l'invention, avec ses orifices de forme oblongue, Figure 6 est une vue en coupe passant par l'axe d'un autre clapet conforme à l'invention, en position de fermeture, Figure 7 est une vue similaire à la figure 6, montrant le clapet en 10 position d'ouverture, Figure 8 illustre un exemple d'application du clapet anti-retour, objet de l'invention. En se référant aux figures 1, 3, 4, 6 et 7, un clapet anti-retour, désigné dans son ensemble par le repère 1 et appelé dans la suite plus 15 simplement « clapet », comprend un corps évidé composé de deux parties 2 et 3 réunies, disposées suivant un même axe longitudinal A. La première partie 2 du corps est prolongée par un embout d'entrée 4 pour un fluide, tandis que la seconde partie 3 de ce corps est prolongée par un embout de sortie 5 pour le fluide. 20 Un siège 6, ici intégré à la première partie 2 du corps, s'étend transversalement à l'axe longitudinal A. Une membrane souple 7, de forme circulaire, est montée à l'intérieur du corps, en regard d'une face du siège 6, la membrane 7 étant ici fixée par son centre. En particulier, comme l'illustrent les figures 1, 3 et 4, la membrane 7 peut être maintenue sur un picot central 8, 25 solidaire du siège 6. Le siège 6 est percé d'une pluralité d'orifices de passage 9, disposés tout autour de l'axe A et en particulier du picot central 8. Les orifices 9 communiquent avec le canal interne 10 formé par l'embout d'entrée 4. En position de fermeture du clapet 1, comme l'illustre la figure 3, 30 une pression de fluide présente du côté de l'embout de sortie 5 (ou une dépression régnant du côté de l'embout d'entrée 4) applique la membrane 7 contre une face du siège 6, de sorte que cette membrane 7 vient obturer tous les orifices 9, empêchant ainsi tout reflux du fluide. En position d'ouverture du clapet 1, comme l'illustre la figure 4, la 35 membrane 7 se trouve « décollée » du siège 6 et autorise la circulation du fluide, dans un sens dit « passant » (flèche F), depuis l'embout d'entrée 4 vers l'embout de sortie 5 en passant par les orifices 9. Comme le montre la figure 2, les orifices de passage 9 sont classiquement de forme circulaire, et en nombre réduit, typiquement au nombre 5 de cinq. Ces orifices circulaires présentent habituellement des bords à arêtes vives. Selon l'invention, et comme représenté sur la figure 5, les orifices de passage 9 possèdent chacune une forme oblongue. Plus particulièrement, la plus grande dimension de chaque orifice 9 est orientée suivant une direction 10 radiale R du siège 6. L'ensemble des orifices 9 possède ainsi une disposition « en marguerite », ces orifices 9 étant par exemple au nombre de huit et séparés par des intervalles angulaires réguliers de 45°. Chaque orifice 9 possède des angles arrondis, dans le plan du siège 6. De plus, le bord 11 de chaque orifice 9, au débouché de cet orifice sur 15 la face du siège 6 tournée vers la membrane 7, possède un profilé arrondi, dans un plan perpendiculaire à ladite face du siège 6, comme suggéré par les petites flèches a.. Dans la forme d'exécution selon les figures 3 à 5, les orifices de passage 9 possèdent une disposition rayonnante autour du picot central 8, sur 20 lequel la membrane 7 se trouve retenue. Les figures 6 et 7 représentent, respectivement en position de fermeture et en position d'ouverture, une autre forme d'exécution dans laquelle la membrane 7 est maintenue par son centre grâce à une configuration particulière de la seconde partie 3 du corps du clapet, sans avoir recours à un 25 picot central de fixation. Dans ce cas, les orifices de passage 9 sont encore de forme oblongue, mais ils possèdent une disposition rayonnante autour de l'axe longitudinal A du clapet 1. Dans tous ses modes de réalisation, le clapet anti-retour 1 selon l'invention, avec ses orifices de passage 9 de forme oblongue, possède une 30 section de passage globale (en position d'ouverture) au moins équivalente à celle d'orifices circulaires classiques selon la figure 2, tout en offrant un meilleur appui de la membrane 7, donc une étanchéité améliorée (en position de fermeture). En outre, l'invention permet de réduire la taille unitaire de chaque 35 orifice 9 par rapport à des orifices circulaires, ce qui réduit l'effort exercé au niveau des orifices 9 en cas de surpression et améliore ainsi la résistance à la pression de la membrane 7 dans le sens non passant. La forme des orifices 9, associée à l'arrondi a des bords 11 de ces orifices, contribue pour une même membrane 7 à l'augmentation de la résistance à la pression de cette membrane, donc à sa résistance au déchirement, le gain de résistance à la pression pouvant se chiffrer à plusieurs bars. La figure 8 illustre une application possible pour des clapets antiretour selon l'invention. Deux clapets sont ici incorporés à un circuit 12 de recyclage de vapeurs d'huile associé au couvre-culasse dans un moteur à turbocompresseur. Un premier clapet 1 a est inséré au départ d'une branche de circuit 12a aboutissant en amont du turbocompresseur. Un second clapet 1 b est inséré au départ d'une autre branche de circuit 12b qui aboutit en aval du turbocompresseur, au niveau de l'admission d'air du moteur. Les flèches F indiquent le sens passant des deux clapets 1 a et 1 b. Le second clapet 1 b doit ici résister à la pression du turbocompresseur. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce clapet anti-retour à membrane qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en modifiant le détail de formes et le nombre des orifices ménagés dans le siège du clapet, - en modifiant et adaptant le rapport entre la section de passage globale résultant desdits orifices, et la surface d'appui de la membrane, - en réalisant ces orifices dans un siège de tout type, intégré à une 25 partie du corps du clapet ou conçu comme une pièce séparée, - en appliquant l'invention à un clapet avec membrane fixée par tout moyen, en son centre ou sur sa périphérie, - en destinant ce clapet à des circuits de fluides de toutes sortes : air ou autres gaz, vapeurs, gaz chargés de gouttelettes par exemple d'huile 30 dans le cas de circuit de réaspiration des gaz de carter, voire même des circuits de transfert de liquide, dans le domaine automobile ou dans d'autres secteurs d'activités. REVENDICATIONS1. Clapet anti-retour à membrane souple, le clapet (1) comprenant un corps (2, 3) évidé, un siège (6) disposé à l'intérieur du corps (2, 3) 5 transversalement à celui-ci, le siège (6) étant pourvu d'orifices de passage (9), et une membrane souple (7) pouvant être appliquée contre le siège (6) en obturant ses orifices (9), ou être écartée desdits orifices, la membrane (7) étant maintenue par son centre ou par sa périphérie par exemple sur un picot central (8) porté par le siège (6), caractérisé en ce que les orifices de 10 passage (9) du siège (6) présentent chacun une forme oblongue et sont disposés avec leurs plus grandes dimensions orientées suivant des directions radiales (R) de ce siège (6), en particulier de façon rayonnante autour du picot central (8). 15 2. Clapet anti-retour à membrane souple selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices de passage (9) de forme oblongue possèdent un bord (11) de profil arrondi (a), au moins au débouché de ces orifices (9) sur la face du siège (6) tournée vers la membrane (7).