Brevet FR3028588A1 — publié le 20160520

Vanne comportant un conduit de circulation d'un fluide La présente invention se rapporte à une vanne comportant un conduit de circulation d'un fluide. Elle est plus particulièrement destinée à des applications en tant que vanne doreuse de débit de gaz de moteur à combustion interne, qu'il soit à allumage commandé ou à allumage par compression. Il est déjà connu de régler le débit de gaz traversant un conduit par un volet rotatif monté sur un axe traversant le conduit. En position fermée, le volet obture complètement le conduit, au jeu de fonctionnement près, et le débit est minimal. En ouvrant progressivement le volet, le débit augmente continument, jusqu'au moment où le plan du volet est parallèle à l'axe du conduit, le débit est alors maximal et est conditionné principalement par le diamètre du conduit et la pression du gaz traversant le conduit. Il existe un jeu entre le conduit et la périphérie du volet, servant à garantir que quelques soient les conditions d'utilisation et les variations dimensionnelles des pièces, le volet ne touche pas la paroi du conduit. Un contact entre volet et conduit pourrait en effet créer des frottements parasites, voire des coincements du volet dans le conduit. Une des raisons pour laquelle le risque de contact existe est que la matière du volet n'est en général pas la même que celle du conduit, et les dilatations respectives des deux pièces ne sont donc pas les mêmes lorsque la température évolue. De plus, le jeu sert à prendre en compte les défauts géométriques présents sur les différentes pièces comme un défaut de circularité du conduit et du volet, ou encore l'excentration de l'axe de rotation. Notamment en raison de ce jeu, qui est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, il existe un débit de fuite, c'est-à-dire un débit résiduel lorsque le volet est en position de fermeture. Ce débit de fuite est généralement acceptable. Cependant la sévérisation des normes de dépollution fait que le contrôle du débit doit être de plus et plus précis, il est donc souhaitable d'avoir un débit de fuite peu élevé. Une solution à ce débit de fuite est d'ajouter un joint dans le conduit où les gaz s'écoulent, et d'assurer que le volet repose en position fermée sur ce joint, suivant un contact plan sur plan. Il n'y a donc plus de jeu entre la périphérie du volet et le conduit, ce qui réduit considérablement le débit de fuite. Une telle solution est décrite notamment dans le brevet FR2 962 185. Le joint repose sur une butée disposée dans le conduit, et est maintenu en position par un manchon emmanché dans le conduit, qui vient comprimer le joint sur la butée. Dans certaines applications, particulièrement celles travaillant à haute température, l'emmanchement doit être très serré afin de garantir que l' organe de maintien ne se 3028588 2 désolidarise pas de la vanne au cours de l'utilisation du produit même dans des conditions d'utilisation extrêmes, associant hautes températures et forts niveaux de vibrations. Un inconvénient de ce type de solution est qu'un tel emmanchement très serré est délicat à réaliser pendant la fabrication du produit. En effet, les efforts importants mis en jeu pour 5 l'insertion demandent des outillages spécifiques et peuvent également parfois endommager les pièces, générant ainsi des rebuts. La présente invention a pour but de remédier à certains des inconvénients de l'art antérieur, en proposant une vanne, comportant un conduit de circulation d'un fluide, un joint disposé 10 dans le conduit, un organe de maintien du joint, l'organe de maintien comportant une surface d'appui agencée pour s'appuyer sur une pièce supplémentaire de manière à immobiliser l'organe de maintien lorsque la pièce supplémentaire est assemblée avec la vanne. La pièce supplémentaire, lorsqu'elle est assemblée sur la vanne, applique une pression sur une face de l'organe de maintien, ce qui garantit le maintien du joint. L'organe 15 de maintien ne peut plus se déplacer voire se désolidariser de la vanne, ce qui permet d'augmenter la fiabilité de la vanne. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface d'appui est à l'extérieur du conduit. Une extrémité de l'organe de maintien est saillante par rapport au bord du conduit, ce qui fait que l'appui entre la pièce supplémentaire et l'organe de maintien se fait sur tout ou 20 partie de la surface se trouvant à l'extérieur du conduit. Alternativement, la surface d'appui est à l'intérieur du conduit. Dans ce cas, la pièce supplémentaire doit comporter une partie saillante qui vient appuyer sur la surface d'appui se trouvant en retrait par rapport au bord du conduit. De préférence, la vanne comporte un siège sur lequel repose le joint. 25 Ainsi, l'organe de maintien est agencé pour maintenir le joint contre le siège. L'organe de maintien est pressé par la pièce supplémentaire contre le joint, qui est lui-même pressé contre le siège. Selon un mode de réalisation de l'invention, le siège est réalisé d'un seul tenant avec le conduit. Le siège peut notamment être réalisé dans la même pièce de fonderie que le 30 conduit. Par exemple, le siège est réalisé par un épaulement du conduit. L'épaulement peut facilement être formé par usinage de la pièce de fonderie. En variante, le siège est réalisé sur un insert fixé dans le conduit. 3028588 3 Une telle solution peut être intéressante lorsque la forme du conduit rend l'usinage du siège difficile. Selon différents modes de réalisation, l'insert formant siège est fixé par vis dans le conduit, soudé dans le conduit, brasé dans le conduit, collé dans le conduit, ou encore emmanché 5 dans le conduit. Une fixation par vis laisse la possibilité de démonter facilement l'insert, avec les autres modes de fixation le démontage est difficile voire impossible. Le procédé de maintien le plus avantageux est à déterminer sur chaque application, notamment en fonction de la pression et de la température du fluide traversant la vanne, du niveau de vibration ainsi que de la 10 géométrie du conduit. De préférence, l'organe de maintien est formé par un insert monté sur le conduit. L'organe de maintien est une pièce rapportée. Avantageusement, l'organe de maintien est emmanché dans le conduit. L'organe de maintien est inséré dans le conduit jusqu'à presser le joint contre le siège, l'emmanchement 15 garantissant la fixation définitive de l'organe de maintien. Il n'est plus nécessaire de réaliser un emmanchement très serré, puisque l'organe de maintien est pressé par la pièce supplémentaire contre le joint, et ne risque donc plus de se désolidariser de l'ensemble une fois l'assemblage réalisé. Le cas échéant, la surface de contact entre l'organe de maintien et le joint est identique à la 20 surface de contact entre le siège et le joint. Ainsi, les efforts sont bien repartis de chaque coté du joint. Par exemple, l'organe de maintien présente une forme annulaire, notamment de révolution. La forme de l'organe de maintien est adaptée à la forme du conduit. Avantageusement, l'organe de maintien comporte une collerette sur laquelle est formée la 25 surface d'appui. Ainsi, il est possible de disposer un joint d'étanchéité directement sur l'organe de maintien. La pièce assure ainsi deux fonctions distinctes. Le corps de la vanne peut être plus compact, puisqu'il n'est plus nécessaire d'y prévoir la surface d'appui du joint d'étanchéité. De préférence, la surface d'appui est plane. Cette forme est particulièrement adaptée pour 30 recevoir un joint d'étanchéité plat. En variante, la surface d'appui est convexe. En variante encore, la surface d'appui est concave. 3028588 4 Selon un mode de réalisation de l'invention, la collerette s'étend au moins partiellement en dehors du conduit. L'organe de maintien ne réduit ainsi pas la section de passage efficace du conduit. Suivant une caractéristique de l'invention, le ratio entre la largeur L de la collerette et la 5 longueur H de la partie de l'organe de maintien emmanchée dans le conduit est compris entre 0,5 et 2. Un tel ratio permet de garantir un bon guidage de la pièce pendant l'emmanchement tout en assurant une surface d'appui du joint suffisante. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne comporte un volet disposé dans le conduit, rotatif autour d'un arbre et pouvant obturer au moins en partie le conduit , le volet 10 prend appui, en position d'obturation du conduit, sur au moins une partie du joint . Avantageusement, le joint est formé d'un empilement d'au moins deux pièces de joint. Cela permet d'obtenir facilement les caractéristiques géométriques assurant que chaque aile du volet repose sur le joint suivant un contact plan sur plan, lorsque le volet est en position d'obturation. 15 De préférence, les pièces de joint sont métalliques. Cette configuration est utilisée préférentiellement pour les applications travaillant à haute température avec des gaz corrosifs, qui sont très agressifs pour le joint. Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce supplémentaire vient appuyer directement sur la surface d'appui de l'organe de maintien. 20 Avantageusement, la pièce supplémentaire vient appuyer sur la surface d'appui via un joint d'étanchéité. De préférence, le joint d'étanchéité sur lequel la pièce supplémentaire vient appuyer est métallique. Comme précédemment, un joint métallique est particulièrement adapté pour les applications haute température avec des gaz corrosifs. 25 L'invention concerne également un ensemble comportant une vanne selon l'une des caractéristiques décrites précédemment, et une pièce supplémentaire pouvant être assemblée avec la vanne. Avantageusement, la pièce supplémentaire alimente la vanne en fluide. Par exemple, la pièce supplémentaire est un échangeur de chaleur. Ce cas peut 30 correspondre à une vanne de recirculation de gaz d'échappement, pour laquelle les gaz sont refroidis avant d'être introduits dans la vanne. Selon un autre mode de réalisation, la pièce supplémentaire est une bride de fixation. Avantageusement, l'ensemble comporte un joint entre la vanne et la pièce supplémentaire. 3028588 5 L'invention concerne également l'utilisation d'un ensemble tel que décrit précédemment en tant que dispositif de recirculation de gaz d'échappement de moteur à combustion. Cette application est donnée à titre d'exemple mais le même principe peut être appliqué à bien d'autres cas. 5 L'invention se rapporte enfin au procédé pour fabriquer un ensemble tel que décrit précédemment, comportant les étapes suivantes : Monter l'organe de maintien sur le conduit Appuyer la pièce supplémentaire contre l'organe de maintien pour immobiliser le joint dans le conduit. 10 L'invention sera mieux comprise en se référant aux figures jointes. La figure 1 montre une vue schématique et partielle, en coupe, d'un ensemble comportant une vanne et une pièce supplémentaire, selon un premier mode de réalisation de l'invention, et 15 La figure 2 montre de manière schématique et partielle un ensemble comportant une vanne et une pièce supplémentaire selon une variante de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un ensemble comportant une vanne de recirculation de gaz d'échappement, pour moteur à combustion interne, équipant par exemple un véhicule 20 automobile, selon un exemple de réalisation de l'invention. La vanne 1 comporte un conduit 2 dans lequel peut circuler un fluide. Un volet 10, fixé sur un arbre de rotation 11, est disposé dans le conduit. Une modification de la position angulaire du volet 10 permet de faire varier le débit de fluide traversant le conduit 2. Un joint 3 est également disposé dans le conduit. Le volet 10 repose, lorsqu'il est en position 25 d'obturation, sur le joint 3. Plus précisément, le joint 3 est formé de deux pièces de joint 12, 13 partiellement empilées. Le volet 10, lorsqu'il est en position d'obturation, peut obturer le conduit 2 en venant en appui sur le joint 3. Une face du volet 10 vient au contact plan sur plan avec la première pièce de joint 12, et l'autre face du volet 10 vient au contact plan sur plan avec la deuxième pièce de joint 13. Les deux pièces de joint 12 et 13 sont métalliques, 30 pour présenter une résistance mécanique ainsi qu'une résistance à la corrosion adaptées aux gaz d'échappements. Le joint 3 repose sur un siège 6 lui-même disposé dans le conduit 2 ou faisant partie du conduit 2. Le joint 3 est maintenu en place par un organe de maintien 4 rapporté dans le conduit. 3028588 6 Une surface d'appui 5 est aménagée sur l'organe de maintien 4, du coté opposé à celui en contact avec le joint 3. Une pièce supplémentaire 15 peut être assemblée sur la vanne. Cette pièce peut être l'organe qui alimente la vanne en fluide, comme illustré, elle peut aussi être une pièce ajoutée entre l'organe alimentant la vanne en fluide et la vanne elle-même. 5 Lorsque la pièce supplémentaire 15 est assemblée sur la vanne, par exemple par vissage, elle appuie sur l'organe de maintien 4, qui à son tour appuie sur le joint 3, lui-même reposant sur le siège 6. L'assemblage de la vanne 1 avec la pièce supplémentaire 15 garantit donc le bon contact de l'organe de maintien 4 contre le joint 3. L'organe de maintien 4 n'est ainsi plus sensible aux vibrations ni aux effets des dilatations thermiques, et ne risque pas de se 10 déplacer voire de se désolidariser de la vanne 1. Dans l'exemple illustré, la surface d'appui 5 est à l'extérieur du conduit 2. La pièce supplémentaire 15 possède une surface plane qui vient en contact avec la surface d'appui 5 lorsque l'on assemble la pièce supplémentaire 15 avec la vanne 1. Dans un autre exemple, non illustré, la surface d'appui 5 est à l'intérieur du conduit 2. Dans 15 ce cas, la pièce supplémentaire doit comporter une partie saillante pour appuyer sur la surface d'appui se trouvant en retrait par rapport au bord du conduit. Sur l'exemple de la figure 2, le siège 6 est réalisé d'un seul tenant avec le conduit 2. Le siège 6 est en fait réalisé par un épaulement du conduit 2. Sur l'exemple de la figure 1, le siège 6 est réalisé sur un insert 7 fixé dans le conduit 2. 20 L'insert 7 est ici emmanché dans le conduit 2. Selon d'autres modes de réalisation, non illustrés, l'insert 7 formant siège peut être fixé par vis dans le conduit 2 , soudé ou bien brasé , ou encore collé dans le conduit 2 . L'organe de maintien 4 est formé par un insert monté sur le conduit 2. L'organe de maintien 4 est une pièce rapportée. 25 Dans l'exemple illustré, l'organe de maintien est emmanché dans le conduit 2. L'organe de maintien est inséré dans le conduit jusqu'à presser le joint contre le siège, l'emmanchement garantissant la fixation définitive de l'organe de maintien. Il n'est plus nécessaire de réaliser un emmanchement très serré, puisque l'organe de maintien 4 est comprimé par la pièce supplémentaire 15 contre le joint 3, et ne risque donc plus de se désolidariser de l'ensemble. 30 Sur l'exemple illustré, la surface de contact entre l'organe de maintien 4 et le joint 3 est identique à la surface de contact entre le siège 6 et le joint 3, de façon à bien répartir les efforts. L'organe de maintien 4 présente une forme annulaire, notamment de révolution. Le conduit est lui-même de révolution sur l'exemple illustré. 3028588 7 Sur la figure 2, on peut voir que l'organe de maintien 4 comporte une collerette 9 sur laquelle est formée la surface d'appui 5. Ainsi, il est possible de disposer un joint d'étanchéité 14 directement sur l'organe de maintien. La pièce assure ainsi deux fonctions distinctes. Le corps de la vanne peut être plus compact, puisqu'il n'est plus nécessaire d'y 5 prévoir la surface d'appui du joint d'étanchéité. La dimension L, mesurée sur la figure 2 entre la surface intérieure 17 de l'organe de maintien 4 et le bord du joint 14 le plus éloigné du conduit 2, est inférieure à la largeur L', mesurée de la même manière sur la figure 1. Un jeu J1 est aménagé entre la surface inférieure de la collerette 9 de l'organe de maintien 4 et le haut du conduit 2, de façon à garantir que l'organe de maintien 4 vienne bien en butée 10 sur le joint 3. De même, un jeu J2 est aménagé entre la surface latérale extérieure de la collerette 9 et la surface 18, pour garantir que l'emmanchement soit réalisé sur la surface latérale 16. Ces jeux ont été nettement exagérés sur la figure 2 afin de faciliter la représentation. La surface d'appui 5 est plane. Dans d'autres modes de réalisation, non illustrés ici, la 15 surface d'appui 5 est convexe, ou encore concave. Comme on peut le voir sur la figure 2, la collerette 9 s'étend au moins partiellement en dehors du conduit 2. L'organe de maintien 4 est ainsi disposé dans le conduit sans en réduire la section de passage efficace, la surface intérieure 17 de l'organe de maintien 4 formant conduit d'écoulement et s'étendant dans le prolongement du conduit 2. 20 Le ratio entre la largeur L de la collerette 9 et la longueur H de la partie de l'organe de maintien emmanchée dans le conduit 2 est compris entre 0,5 et 2. Un tel ratio permet de garantir un bon guidage de la pièce pendant l'emmanchement tout en assurant une surface d'appui du joint 14 suffisante pour garantir une bonne étanchéité. Sur l'exemple de la figure 1, la pièce supplémentaire 15 vient appuyer directement sur la 25 surface d'appui 5 de l'organe de maintien 4. Simultanément, la pièce intermédiaire 15 comprime le joint d'étanchéité 14 contre la surface d'appui supérieure du conduit 2. La compression du joint d'étanchéité 14 réalise ainsi l'étanchéité entre la pièce supplémentaire 15 et l'extérieur. L'emmanchement de l'organe de maintien 4 garantit l'étanchéité le long de la surface 16. 30 Sur l'exemple de la figure 2, la pièce supplémentaire 15 vient appuyer sur la surface d'appui 5 via un joint d'étanchéité 14. Le joint d'étanchéité 14 est comprimé entre la pièce supplémentaire 15 et la surface d'appui 5 de la collerette 9, et assure ainsi l'étanchéité avec l'extérieur. Le joint d'étanchéité 14 sur lequel la pièce supplémentaire vient appuyer est métallique. 35 Sur la figure 1, comme sur la figure 2, l'épaisseur du joint a été exagérée afin de faciliter la représentation. 3028588 8 L'invention concerne également un ensemble 20 comportant une vanne 1 telle que décrite précédemment, et une pièce supplémentaire 15 pouvant être assemblée avec la vanne. La pièce supplémentaire 15 peut être un échangeur de chaleur, par exemple lorsque l'ensemble 20 est utilisé en tant que dispositif de recirculation de gaz d'échappement de 5 moteur à combustion, et que les gaz d'échappement recirculés sont refroidis avant d'être introduits dans la vanne. La pièce supplémentaire 15 peut également être une bride, intercalée entre la vanne 1 et l'organe alimentant la vanne 1 en fluide. Dans l'exemple décrit, l'organe de maintien 4 est placé du coté amont du volet, et le siège 6 10 du joint est placé du coté aval du volet. La disposition peut aussi être inversée, c'est-à-dire que l'organe de maintien 4 peut être en aval du volet et le siège 6 du joint 3 peut être en amont du volet. Les termes amont et aval sont à prendre dans le sens relatif à l'écoulement, c'est-à-dire que l'écoulement se produit de l'amont vers l'aval. L'invention se rapporte enfin au procédé pour fabriquer un ensemble 20 tel que décrit 15 précédemment, comportant les étapes suivantes : monter l'organe de maintien 4 sur le conduit 2, et appuyer la pièce supplémentaire 15 contre l'organe de maintien 4 pour immobiliser le joint 3 dans le conduit. REVENDICATIONS1. Vanne (1), comportant : - un conduit (2) de circulation d'un fluide, - un joint (3) disposé dans le conduit, - un organe de maintien (4) du joint (3), l'organe de maintien (4) comportant une surface d'appui (5) agencée pour s'appuyer sur une pièce supplémentaire (15) de manière à immobiliser l'organe de maintien (4) lorsque la pièce supplémentaire est assemblée avec la vanne. 2. Vanne selon la revendication 1, la surface d'appui (5) étant à l'extérieur du conduit (2) 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2, comportant un siège (6) sur lequel repose le joint, le siège (6) étant réalisé par un épaulement du conduit (2). 4. Vanne selon l'une des revendications 1 à 3, l'organe de maintien étant emmanché dans le conduit (2). 5. Vanne selon l'une des revendications 1 à 4, l'organe de maintien (4) comportant une collerette (9) sur laquelle est formée la surface d'appui (5). 6. Vanne selon la revendication 5, la collerette (9) s'étendant au moins partiellement en dehors du conduit. 7. Vanne selon l'une des revendications 1 à 6, la pièce supplémentaire (15) venant appuyer sur la surface d'appui (5) via un joint d'étanchéité (14). 8. Vanne selon la revendication 7, le joint d'étanchéité (14) sur lequel la pièce supplémentaire vient appuyer étant métallique. 9. Ensemble (20) comportant : - une vanne (1) selon l'une des revendications précédentes - une pièce supplémentaire (15) pouvant être assemblée avec la vanne. 10. Ensemble (20) selon la revendication 9, la pièce supplémentaire (15) étant un échangeur de chaleur. 11. Procédé pour fabriquer un ensemble (20) selon l'une des revendications 8 à 10, comportant les étapes suivantes : - monter l'organe de maintien sur le conduit (2) - appuyer la pièce supplémentaire (15) contre l'organe de maintien pour immobiliser le joint (3) dans le conduit.35