Brevet FR3009362A1 — publié le 20150206

- Ensemble à vanne et installation de gaz d'échappement L'invention se rapporte à un ensemble à vanne comprenant un boîtier qui présente une première et une deuxième entrée ainsi qu'une première et une deuxième sortie, un premier passage d'écoulement étant présent entre la première entrée et la première sortie, un deuxième passage d'écoulement entre la deuxième entrée et la première sortie, et un troisième passage d'écoulement entre la première entrée et la deuxième sortie. L'ensemble à vanne comprend en outre un élément de fermeture qui est agencé mobile et en particulier pivotant dans le boîtier, qui, dans une position de dérivation, ouvre le premier passage d'écoulement et ferme au moins le deuxième passage d'écoulement, et qui, dans une position normale, ferme le premier passage d'écoulement et ouvre le deuxième et le troisième passage d'écoulement. L'invention se rapporte en outre à une installation de gaz d'échappement qui présente un tel ensemble de soupape. Les installations de gaz d'échappement pour véhicules automobiles présentent par exemple des échangeurs de chaleur pour pouvoir utiliser la chaleur des gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne. Les gaz d'échappement s'écoulent hors du moteur à combustion interne à travers l'échangeur de chaleur et transfèrent la chaleur vers celui-ci, par exemple pour le préchauffage d'un agent afin d'obtenir un chauffage plus rapide du moteur, ou pour un chauffage d'habitacle. En fonction de la puissance de chauffage de l'échangeur de chaleur nécessaire, les gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne peuvent s'écouler à travers l'échangeur de chaleur ou être guidés de manière à passer à côté de celui-ci. L'échangeur de chaleur de gaz d'échappement est par exemple raccordé à la conduite de gaz d'échappement avec un ensemble à vanne. L'ensemble à vanne présente deux entrées et deux sorties, la conduite de gaz d'échappement étant raccordée à une première entrée et à une première sortie. L'échangeur de chaleur est raccordé à une deuxième entrée et à une deuxième sortie. Il est prévu dans l'ensemble à vanne un élément de fermeture qui, dans une position - 2 - de dérivation, ouvre le premier passage d'écoulement et ferme le deuxième passage d'écoulement et/ou le troisième passage d'écoulement, et qui, dans la position normale, ferme le premier passage d'écoulement et ouvre le deuxième passage d'écoulement et le troisième passage d'écoulement. Dans la position de dérivation, les gaz d'échappement peuvent être guidés de manière à passer à côté de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement sans le traverser. Dans la position normale, les gaz d'échappement s'écoulent au moins en partie à travers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement. Des forces de commande élevées sont cependant nécessaires pour actionner l'élément de fermeture, étant donné que l'élément de fermeture doit être déplacé dans la position normale à l'encontre du flux de gaz d'échappement et doit être retenu dans cette position. De plus, dans les ensembles à vanne connus jusqu'ici, des différences de pression ou des tourbillonnements non souhaités peuvent survenir au niveau de l'élément de fermeture de l'ensemble à vanne. Le but de l'invention est de prévoir un ensemble à vanne ainsi qu'une installation de gaz d'échappement présentant un tel ensemble à vanne, lequel nécessite des forces de commande plus faibles et réduit ou évite des tourbillonnements dans les passages d'écoulement. Pour atteindre ce but, il est prévu dans un ensemble à vanne du type générique qu'un élément de guidage d'écoulement soit prévu sur l'élément de fermeture, qui, dans la position normale de l'élément de fermeture, fait saillie dans le deuxième passage d'écoulement et est relié à l'élément de fermeture de telle sorte que l'élément de guidage d'écoulement sollicite l'élément de fermeture dans la position normale dans le cas d'un flux de gaz de la deuxième entrée vers la première sortie. Cet élément de guidage d'écoulement remplit deux fonctions. D'une part, l'élément de fermeture est sollicité dans la position normale par le flux d'air et les forces agissant ainsi sur l'élément de guidage d'écoulement, de telle sorte que celui-ci peut être retenu dans la position normale par de faibles forces et qu'il est possible d'obtenir un étanchement fiable. D'autre part, le flux d'air dans le deuxième passage d'écoulement est dévié par l'élément de guidage d'écoulement de telle sorte que des turbulences et des différences de pression plus faibles surviennent dans le deuxième passage d'écoulement. - 3 - L'élément de guidage d'écoulement peut ici être réalisé d'un seul tenant avec l'élément de fermeture ou être formé par l'un des côtés de l'élément de fermeture même. Il est cependant de préférence réalisé sous forme de pièce séparée. L'élément de fermeture peut par exemple présenter deux volets qui forment un angle l'un par rapport à l'autre, le premier volet fermant le troisième passage d'écoulement et le deuxième volet le deuxième passage d'écoulement dans la position de dérivation, et le deuxième volet fermant le premier passage d'écoulement dans la position normale. Au moyen des deux volets, il est ainsi possible de fermer tant le deuxième que le troisième passage d'écoulement, c'est-à-dire les deux passages d'écoulement vers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement. Ainsi, dans la position de dérivation, seul un écoulement à travers le premier passage d'écoulement est possible de telle sorte qu'il est possible d'éviter de manière fiable des tourbillonnements au niveau du deuxième ou du troisième passage d'écoulement. Les deux volets peuvent être pivotés autour d'un axe de pivotement commun qui est de préférence réalisé dans la zone de raccordement des deux volets de sorte que les deux passages d'écoulement peuvent être fermés au moyen d'un seul entraînement. Pour obtenir un meilleur étanchement des passages d'écoulement, il est de préférence prévu dans chacun des passages d'écoulement un siège de vanne pour le premier ou le deuxième volet contre lequel le volet peut prendre appui de manière étanche. Les sièges de vanne peuvent par exemple être réalisés à partir d'une tôle contre laquelle le premier ou le deuxième volet peut être appui, la tôle présentant un orifice d'écoulement qui peut être fermé par le premier ou le deuxième volet. La tôle peut ainsi être agencée dans le passage d'écoulement respectif de telle sorte que le volet peut respectivement être en appui à plat contre la tôle par pivotement de manière à permettre un étanchement fiable. Grâce à tel siège de vanne, l'orifice que le volet respectif doit fermer dans le passage d'écoulement est plus petit. Le volet peut ainsi être dimensionné de manière à être plus petit de sorte que celui-ci peut plus facilement être pivoté à l'intérieur du boîtier de l'ensemble à vanne. L'orifice d'écoulement est de préférence plus grand que l'élément de guidage d'écoulement de sorte que l'élément de guidage d'écoulement peut être pivoté à - 4 - travers les sièges de soupape lors d'un pivotement de l'élément de fermeture. Ainsi, dans la position de dérivation, l'élément de guidage d'écoulement peut être pivoté hors du premier passage d'écoulement de telle sorte que celui-ci n'influence pas le flux de gaz dans la position de dérivation. Le boîtier présente de préférence trois tronçons de conduite, la première entrée étant associée à un premier tronçon de conduite, la première sortie étant associée à un deuxième tronçon de conduite, et la deuxième entrée et la deuxième sortie étant associées à un troisième tronçon de conduite et étant séparées l'une de l'autre par une tôle. Le premier et le deuxième tronçon de conduite peuvent ensemble par exemple former un tronçon de tube droit qui est inséré dans une conduite de gaz d'échappement. Le troisième tronçon de conduite est raccordé à ce tronçon de tube sous un angle. Etant donné qu'un seul raccordement est présent pour la conduite d'amenée et de sortie de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement, un raccordement bien plus simple de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement ou de la conduite menant vers l'échangeur de chaleur est possible. Seul un tronçon de tube divisé de préférence dans le sens longitudinal en une conduite d'amenée et de sortie pour l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement doit être raccordé à l'ensemble à vanne. Ce tronçon de tube peut se ramifier en deux conduites en fonction des raccordements de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement. Il est cependant aussi possible que seul un raccordement soit également présent sur l'échangeur de chaleur, le raccordement étant de préférence divisé en deux conduites à l'intérieur d'un flanc pour le raccordement à l'ensemble à vanne. Un évidement fermé par l'élément de fermeture, en particulier par le premier volet dans la position normale de l'élément de fermeture peut par exemple être prévu dans la tôle qui sépare la deuxième sorte et la deuxième entrée l'une de l'autre. De préférence, l'élément de guidage d'écoulement ne fait pas saillie dans le premier passage d'écoulement dans la position de dérivation, de telle sorte que l'écoulement des gaz d'échappement n'est pas influencé par l'élément de guidage d'écoulement dans la position de dérivation. Selon l'invention, il est en outre prévu une installation de gaz d'échappement comprenant un ensemble à vanne selon l'invention et un échangeur de chaleur - 5 - de gaz d'échappement, l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement étant raccordé à la deuxième entrée et à la deuxième sortie de l'ensemble à vanne, et les gaz d'échappement pouvant s'écouler à travers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement dans la position normale du corps de fermeture. D'autres avantages et caractéristiques apparaitront dans la description qui suit ensemble avec les dessins annexes, dans lesquels : - la figure 1 montre une vue en coupe à travers un ensemble à vanne selon l'invention, - la figure 2 montre une vue en coupe en perspective d'une installation de gaz d'échappement selon l'invention avec l'ensemble à vanne de la figure 1 dans une position normale de l'élément de fermeture, et - la figure 3 montre l'installation de gaz d'échappement de la figure 2 dans la position de dérivation de l'élément de fermeture. La figure 1 montre un ensemble de soupape 10 pour la partie d'une installation de gaz d'échappement 12 montrée dans les figures 2 et 3. L'ensemble à vanne 10 présente un boîtier 14 qui est sensiblement composé d'un premier tronçon de conduite 16, d'un deuxième tronçon de conduite 18 et d'un troisième tronçon de conduite 20. Dans ce mode de réalisation, les sens longitudinaux du premier tronçon de conduite 16 et du deuxième tronçon de conduite 18 correspondent l'un à l'autre. Il est cependant également possible que les sens longitudinaux du premier tronçon de conduite 16 et du deuxième tronçon de conduite 18 soient orientés différemment. Le troisième tronçon de conduite 20 est agencé sous un angle d'environ 135° par rapport au sens longitudinal du premier et du deuxième tronçon de conduite 16, 18. Indépendamment de cela, l'angle du troisième tronçon de conduite 20 peut être entre 0° et 180° par rapport au premier tronçon de conduite 16 et/ou au deuxième tronçon de conduite 18. Une première entrée 22 est prévue sur le premier tronçon de conduite 16, et une première sortie 24 est prévue sur le deuxième tronçon de conduite 18. Le troisième tronçon de conduite 20 est divisé dans le sens longitudinal par une tôle 30 en deux canaux qui forment une deuxième sortie 26 et une deuxième entrée 28. - 6 - Trois passages d'écoulement 32, 34, 36 sont réalisés dans le boitier 14. Un premier passage d'écoulement 32 mène de la première entrée 22 vers la première sortie 24, un deuxième passage d'écoulement 34 de la deuxième entrée 28 vers la première sortie 24, et un troisième passage d'écoulement 36 de la première entrée 22 vers la deuxième sortie 26. Dans le boîtier 14, il est en outre prévu un élément de fermeture 38 ainsi que trois sièges de vanne 40, 42, 44 agencés dans les passages d'écoulement 32, 34, 36 pour l'élément de fermeture 38, au moyen desquels les passages d'écoulement 32, 34, 36 peuvent être fermés, comme expliqué dans ce qui suit. La première entrée 22 est reliée à une conduite de gaz d'échappement s'étendant en éloignement d'un moteur à combustion interne. Une conduite de gaz d'échappement de prolongation non représentée est raccordée à la première sortie 24. La conduite de gaz d'échappement de prolongation peut par exemple mener à une installation de gaz d'échappement ou à une conduite de retour de gaz d'échappement. Un échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 est agencé au niveau de la deuxième sortie 26 et de la deuxième entrée 28. Dans cet échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46, de la chaleur des gaz d'échappement s'écoulant hors du moteur à combustion interne peut être dégagée par exemple pour le préchauffage d'un agent afin d'obtenir un chauffage plus rapide du moteur à combustion interne ou pour le chauffage de l'habitacle. En fonction de la position de l'élément de fermeture 38, les gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne peuvent être directement acheminés via le premier passage d'écoulement 32 ou être guidés à travers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 via le deuxième passage d'écoulement 34 et le troisième passage d'écoulement 36. L'ouverture et la fermeture des passages d'écoulement 32, 34, 36 sont réalisées par l'élément de fermeture 38 qui est monté à pivotement autour d'un axe de rotation 48 dans le boîtier 14. L'élément de fermeture 38 présente à cet effet un premier volet 50 ainsi qu'un deuxième volet 52 qui ici forment un angle d'environ 135° l'un par rapport à l'autre. - 7 - Comme en particulier visible à la figure 1, les sièges de vannes 40, 42, 44 sont chacun formés par une tôle sur laquelle le premier volet 50 ou le deuxième volet 52 peut prendre appui. Les tôles présentent chacune un orifice d'écoulement 58, 60, 62. Comme expliqué dans ce qui suit, les orifices d'écoulement 58, 60, 62 peuvent être fermés par le premier volet 50 ou par le deuxième volet 52. Dans la position normale telle que montrée aux figures 1 et 2, le deuxième volet 52 est en appui sur le siège de vanne 40 agencé dans le premier passage d'écoulement 32 et ferme ainsi le premier passage d'écoulement 32. Le premier volet 50 repose sur la tôle 30 qui sépare la deuxième sortie 26 de la deuxième entrée 28. Ainsi, dans cette position normale de l'élément de fermeture 38, le deuxième et le troisième passage d'écoulement 34, 36 sont ouverts et le premier passage d'écoulement 32 est fermé. Les gaz d'échappement s'écoulent de la première entrée 22, via le troisième passage d'écoulement 36 et la deuxième sortie 26 dans l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46, et depuis celui-ci via la deuxième entrée 28, le deuxième passage d'écoulement 34 et la première sortie 24 dans la conduite de gaz d'échappement. Les gaz d'échappement s'écoulant du moteur à combustion interne peuvent ainsi dégager de la chaleur vers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46. L'élément de fermeture peut être pivoté depuis cette position normale dans un sens de pivotement S vers une position de dérivation telle que montrée à la figure 3, dans laquelle les gaz d'échappement sont guidé de manière à passer à côté de l'échangeur de chaleur et dans la conduite de gaz d'échappement de prolongation de telle sorte que la chaleur n'est pas dégagée vers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46. Dans la position de dérivation, le premier volet 50 est en appui contre le siège de soupape 44 dans le troisième passage d'écoulement 36, et le deuxième volet 52 est en appui contre le siège de soupape 42 dans le deuxième passage d'écoulement 34. Ainsi, le deuxième passage d'écoulement 34 et le troisième passage d'écoulement 36 sont fermés et le premier passage d'écoulement 32 est ouvert. Les gaz d'échappement ne peuvent pas traverser l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 mais - 8 - sont guidés à travers le premier passage d'écoulement 32 dans la conduite de gaz d'échappement de prolongation. Dans la position normale de l'élément de fermeture 38, les gaz d'échappement provenant du moteur à combustion interne frappent la face du deuxième volet 52 tournée vers la première entrée et sollicitent ce dernier dans le sens de pivotement S. De grandes forces de retenue sont ainsi nécessaires pour maintenir le deuxième volet 52 et ainsi l'élément de fermeture 38 dans la position normale. En outre, des tourbillonnements et des différences de pression peuvent survenir dans le deuxième passage d'écoulement 34 en raison de la dérivation du flux de gaz. Pour réduire ces effets, un élément de guidage d'écoulement 56 est prévu sur l'élément de fermeture 38 qui est formé par une tôle dans le mode de réalisation représenté ici, laquelle est agencée sur l'élément de fermeture 38 sous un angle aigu par rapport au deuxième volet 52. L'élément de guidage d'écoulement 56 est en outre bombé en éloignement du deuxième volet 52. Comme visible à la figure 2, l'élément de guidage d'écoulement 56 fait saillie dans le deuxième passage d'écoulement 34 dans la position normale de l'élément de fermeture 38. Le gaz provenant de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 frappe dans le deuxième passage d'écoulement 34 l'élément de guidage d'écoulement 56 et le sollicite avec une force sollicitée à l'encontre du sens de pivotement S. L'élément de fermeture 38 relié à l'élément de guidage d'écoulement 56 est ainsi sollicité à l'encontre du sens de pivotement S contre le siège de vanne 40 dans le premier passage d'écoulement 32, c'est-à-dire dans la position normale. Ainsi, de faibles forces sont nécessaires pour pivoter l'élément de fermeture 38 à l'encontre du sens de pivotement S dans la position normale et le maintenir dans cette position. Le gaz provenant de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 est en outre dérivé par l'élément de guidage d'écoulement 56 en direction de la première sortie 24 de telle sorte qu'aucun ou de faibles tourbillonnements ou différences de pression surviennent dans la zone de l'élément de fermeture 38. - 9 - Grâce à l'élément de guidage d'écoulement 56 qui fait saillie dans le deuxième passage d'écoulement 34, des forces sensiblement plus faibles sont ainsi nécessaires pour maintenir l'élément de fermeture 38 dans la position normale. L'écoulement de gaz à l'intérieur de l'ensemble de soupape 10 est en outre influencé de manière positive par l'élément de guidage d'écoulement 56. Comme visible à la figure 3, l'élément de guidage d'écoulement 56 ne se trouve pas dans le premier passage d'écoulement 32 dans la position de dérivation de l'élément de fermeture 38, de telle sorte que dans la position de dérivation de l'élément de fermeture 38 il n'y a pas d'influence de l'écoulement des gaz d'échappement. Etant donné qu'aucune force n'agit sur l'élément de guidage d'écoulement, l'élément de fermeture 38 peut en outre être maintenu dans la position de dérivation avec un force de retenue très faible. Dès que l'élément de fermeture 38 est pivoté à l'encontre du sens de pivotement S dans la position normale et qu'une partie des gaz d'échappement peut s'écouler à travers le troisième passage d'écoulement 36 et le deuxième passage d'écoulement 34, une force à l'encontre du sens de pivotement S est exercée sur l'élément de fermeture 38 en raison du gaz touchant l'élément de guidage d'écoulement 56, grâce à quoi l'élément de fermeture peut être pivoté dans la position normale avec une faible force. L'orifice d'écoulement 60 du siège de soupape 42 dans le deuxième passage d'écoulement 34 est plus grand que l'élément de guidage d'écoulement 56 de telle sorte que l'élément de guidage d'écoulement 56 peut être guidé à travers l'orifice d'écoulement 60 lors du pivotement de l'élément de fermeture 38 de la position normale vers la position de dérivation. Contrairement au mode de réalisation montré ici, les sièges de vanne 40, 42, 44 peuvent également être formés par d'autres éléments agencés dans le boîtier 14. Les sièges de vanne 40, 42, 44 peuvent en particulier également être formés par le boîtier 14. Il faut uniquement assurer que les volets 50, 52 soient appliqués contre les sièges de vanne 40, 42, 44 et que les orifices d'écoulement 58, 60, 62 et ainsi les passages d'écoulement 32, 34, 36 peuvent être fermés. En fonction de l'orientation des volets 50, 52 et de l'élément de guidage d'écoulement 56, il faut en outre assurer que l'élément de guidage d'écoulement 56 peut en - 10 - particulier être pivoté à travers l'orifice d'écoulement 60 du siège de vanne 42 dans le deuxième passage d'écoulement 34. L'élément de guidage d'écoulement 56 peut présenter une forme quelconque grâce à laquelle l'élément de fermeture 38 est sollicité dans la position normale lors de l'impact du flux de gaz à travers le deuxième passage d'écoulement 34 et le gaz s'écoulant hors de l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement 46 est dérivé vers la première sortie 24. L'élément de guidage d'écoulement 56 peut par exemple également être formé par un corps en particulier massif agencé au niveau du deuxième volet. La forme de l'élément de guidage d'écoulement 56 peut en particulier être choisie de manière à ce qu'une dérivation effective du flux de gaz soit réalisée. La deuxième entrée 28 et la deuxième sortie 26 peuvent aussi être agencées dans des tronçons de conduite séparés de sorte que deux conduites menant à l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement sont raccordées.15 REVENDICATIONS1. Ensemble à vanne (10), comprenant un boîtier (14) qui présente une première entrée (22) et une deuxième entrée (28) ainsi qu'une première sortie (24) et une deuxième sortie (26), un premier passage d'écoulement (32) étant présent entre la première entrée (22) et la première sortie (24) ainsi qu'un deuxième passage d'écoulement (34) entre la deuxième entrée (28) et la première sortie (24) et un troisième passage d'écoulement (36) entre la première entrée (22) et la deuxième sortie (26), et comprenant un élément de fermeture (38) qui est agencé mobile et en particulier pivotant dans le boîtier (14), qui, dans une position de dérivation, ouvre le premier passage d'écoulement (32) et ferme au moins le deuxième passage d'écoulement (34), et qui, dans une position normale, ferme le premier passage d'écoulement (32) et ouvre le deuxième passage d'écoulement (34) et le troisième passage d'écoulement (36), caractérisé en ce qu'un élément de guidage d'écoulement (56) est prévu sur l'élément de fermeture (38), lequel fait saillie dans le deuxième passage d'écoulement (34) dans la position normale de l'élément de fermeture (38) et qui est relié à l'élément de fermeture (38) de telle sorte que l'élément de guidage d'écoulement (56) sollicite l'élément de fermeture (38) dans la position normale dans le cas d'un flux de gaz de la deuxième entrée (28) vers la première sortie (24). 2. Ensemble à vanne selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de fermeture (38) présente deux volets (50, 52) qui forment un angle l'un par rapport à l'autre, le premier volet (50) fermant le troisième passage d'écoulement (36) et le deuxième volet (52) le deuxième passage d'écoulement (34) dans la position de dérivation, et le deuxième volet (52) fermant le premier passage d'écoulement (32) dans la position normale. 3. Ensemble à vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu dans chacun des passages d'écoulement (32, 34, 36) un siège de vanne (40, 42, 44) pour le premier volet (50) ou le deuxième volet (52).-12- 4. Ensemble à vanne selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sièges de vanne (40, 42, 44) sont réalisés à partir d'une tôle contre laquelle le premier volet (50) ou le deuxième volet (52) peut être en appui, la tôle présentant un orifice d'écoulement (58, 60, 62) qui peut être fermé par le premier volet (50) ou le deuxième volet (52). 5. Ensemble à vanne selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'orifice d'écoulement (58, 60, 62) est plus grand que l'élément de guidage d'écoulement (56). 6. Ensemble à vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (14) présente trois tronçons de conduite (16, 18, 20), le première entrée (22) étant associée à un premier tronçon de conduite (16) et la première sortie (24) à un deuxième tronçon de conduite (18), et la deuxième entrée (28) et la deuxième sortie (26) étant associées à un troisième tronçon de conduite (20) et étant séparées l'une de l'autre par une tôle (30). 7. Ensemble à vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la position de dérivation, l'élément de guidage d'écoulement (56) ne fait pas saillie dans le premier passage d'écoulement (32). 8. Installation de gaz d'échappement (12), comportant un ensemble à vanne (10) selon l'une des revendications précédentes et un échangeur de chaleur de gaz d'échappement (46), l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement (46) étant relié à la deuxième entrée (28) et à la deuxième sortie (26) de l'ensemble à vanne (10), et les gaz d'échappement pouvant s'écouler à travers l'échangeur de chaleur de gaz d'échappement (46) dans la position de dérivation de l'élément de fermeture (38).25