Brevet FR3027369A1 — publié le 20160422

Vanne comportant un conduit pour conduire un fluide et un joint disposé dans le conduit La présente invention concerne une vanne, comportant un conduit pour conduire un fluide, et un joint disposé dans le conduit. Elle est plus particulièrement destinée au moteur à combustion d'un véhicule automobile. II 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 volet est parallèle à l'axe du conduit, le débit est alors maximal et est conditionné principalement par le diamètre du conduit. Il existe un jeu entre le conduit et la périphérie du volet, servant à garantir que quelque 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 lesquelles 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 pour réduire 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 FR 2 962 185. Il subsiste toutefois, dans cette solution technique, des zones où un jeu est présent entre le volet et le joint. Ce jeu est nécessaire au voisinage de l'axe de rotation, dans la zone où le volet traverse le joint, afin d'éviter un contact entre joint et volet. Ce jeu crée des petites surfaces libres par lesquelles un débit résiduel d'écoulement est possible. Même si la surface des ces zones, et donc le débit résiduel, est considérablement diminuée par rapport aux solutions conventionnelle à étanchéité radiale entre volet et conduit, il reste néanmoins un potentiel d'amélioration, qui fait l'objet du présent brevet. L'invention a ainsi pour objet une vanne comportant un conduit pour conduire un fluide, un joint disposé dans le conduit, un volet rotatif disposé dans le conduit, et capable d'obturer le conduit en venant en appui sur le joint lorsque le volet est en position d'obturation, une fuite de fluide d'une face à l'autre du volet se produisant dans cette position d'obturation lors du fonctionnement de la vanne, le volet est agencé pour participer, dans sa position d'obturation, à la création d'une perte de charge impactant la fuite. Grace à l'invention, le débit de fuite peut être réduit à une faible valeur en raison de la perte de charge. De préférence, le volet est agencé pour forcer la fuite à effectuer un virage pour créer la perte de charge. Du fait du changement de direction brusque de l'écoulement de fuite, une perte de charge est ainsi crée. Préférentiellement, le virage de la fuite fait un angle d'environ 90°. Un tel angle est un bon compromis entre facilité d'obtention de la forme et création d'une perte de charge élevée. Selon un mode de réalisation de l'invention, le virage est formé par une marche sur le volet. Ainsi, la vanne est agencée de manière à ce que la fuite se produise entre la marche du volet et le joint. L'espace situé entre la marche du volet et le joint forme un canal changeant brutalement de direction et créant donc une perte de charge élevée. Ce canal peut de plus être de section réduite, ce qui permet de limiter encore davantage le débit de fuite. De préférence, la marche est formée par un décrochement du volet. Le décrochement peut être facilement crée en enlevant de la matière sur le volet, par exemple par usinage. Avantageusement, la marche est plus proche du pourtour du volet que du centre du volet. Par exemple, la marche est adjacente au pourtour du volet. Selon un mode de réalisation, la marche comporte deux facettes se rejoignant le long d'une arête. Ce type de marche est obtenu très simplement, par fraisage par exemple. De préférence, l'arête s'étend parallèlement à un axe de rotation du volet. Ainsi, l'une au moins des facettes est plane. De préférence, le volet comporte deux ailes situées de part et d'autre de l'axe de rotation. Selon un mode de réalisation, l'une des ailes du volet présente une largeur plus grande que l'autre aile du volet, pour former un bord radial sensiblement parallèle à l'axe de rotation. Le volet présente ainsi un décrochement. Avantageusement, la marche est adjacente à ce bord radial. La marche est formée le long du décrochement. De préférence, le volet comporte deux marches distantes l'une de l'autre. Le cas échéant, les deux marches sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian du volet. En variante, les deux marches présentent des dimensions différentes. Il est possible de faire en sorte que l'une des marches ait une largeur, hauteur ou profondeur différente de celles de l'autre marche sans changer le principe de l'invention. Selon une caractéristique de l'invention, le joint s'étend au moins partiellement dans un espace aménagé par la marche, lorsque le volet est en position d'obturation. Ainsi, la vanne est agencée de manière à ce que le volet puisse pivoter tout en ménageant un jeu entre volet et le joint. Un faible jeu permet d'obtenir un faible débit de fuite, car cela influence favorablement deux facteurs ayant les mêmes effets : réduction de la surface de la fuite et augmentation de la perte de charge. Un jeu est néanmoins nécessaire afin d'éviter les risques de contact entre les pièces en mouvements, qui pourrait générer des frottements, des coincements et de l'usure. Selon un mode de réalisation, le volet comporte deux parties de volet au moins partiellement empilées. De préférence, l'une au moins des parties du volet comporte une plaque. Cette forme est simple à fabriquer et bien adaptée à l'utilisation en tant que volet. Ainsi, la marche est adjacente à une paroi de la tranche de la plaque (5). Selon un mode de réalisation, l'une au moins des parties du volet comportant une ouverture, cette ouverture étant obturée par la deuxième partie du volet. La distance sur laquelle le recouvrement entre les deux volets est réalisé peut ainsi être augmentée, sans augmenter la masse de l'ensemble. Avantageusement, les deux parties du volet ont la même épaisseur. En variante, les deux parties du volet sont d'épaisseur différente. De préférence, le volet possède un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation. Selon un mode de réalisation, les deux parties du volet sont assemblées par vissage, ou par soudure, ou par brasage, ou encore par collage. D'autres procédés d'assemblage peuvent bien sur être envisagés. Alternativement, le volet peut être réalisé en une seule pièce. La vanne comporte un arbre de rotation du volet. De préférence, l'arbre est taraudé, des vis de fixation traversent le volet et solidarisent le volet avec l'arbre. Selon un mode de réalisation, la marche est aménagée dans la partie de volet au contact mécanique avec l'arbre de rotation. L'opération de réalisation de la marche est réalisée sur une seule pièce. Avantageusement, le joint est métallique. Ce type de matière est particulièrement adapté aux applications dans lesquelles la température du fluide est élevée, comme par exemple les vannes de recirculation de gaz d'échappement. Selon un mode de réalisation, le joint est formé d'un empilement d'au moins deux pièces de joint. Ainsi, le décalage des surfaces d'appui de chacune des parties du volet est obtenu naturellement. Avantageusement, les pièces de joints ont la même épaisseur. Avantageusement encore, les pièces de joint sont indexées en rotation. Cela permet de d'assurer un positionnement précis des pièces de joints pendant l'assemblage du produit. De préférence, les pièces de joint sont en acier inoxydable. Cette matière est recommandée pour les applications sur lesquelles le fluide traversant la vanne est agressif chimiquement. En variante, les pièces de joint métalliques sont en laiton. De préférence, le ratio entre hauteur et profondeur de la marche est compris entre 0,3 et 1,5. Ce ratio est déterminé par le jeu souhaité entre volet et joint et par la distance séparant le plan du volet de l'axe de rotation. La vanne comporte un moteur électrique capable d'entrainer l'arbre de rotation du volet. Selon un mode de réalisation, le conduit est agencé pour conduire un mélange gazeux comportant des gaz d'échappement recirculés. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comportant une vanne telle que décrite précédemment, la vanne étant agencée pour conduire un mélange gazeux du moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures et de la description qui suit, faite à titre d'exemple et ne limitant pas la portée de l'invention à ce seul cas d'application. La figure 1 montre une vue en coupe d'un ensemble pour vanne selon l'invention, le volet se trouvant alors en position d'obturation du conduit. La figure 2 montre une vue d'une portion de la vanne avec le volet en position d'obturation du conduit, l'angle de vue étant celui de l'axe du conduit. La figure 3 montre une vue en coupe d'un ensemble pour vanne selon l'invention, le volet étant en position ouverte d'un angle d'environ 20°. La figure 4 détaille un volet selon l'invention. On a représenté sur la figure 1 une vanne 1 comportant un corps 2a, un conduit pour conduire un fluide, comportant une partie amont 7 et une partie aval 8. Un volet 4, fixé sur un arbre de rotation 3, est disposé dans le conduit et une modification de la position angulaire du volet 4 permet de faire varier le débit de fluide traversant la vanne 1. Le volet 4 est formé de deux parties de volet 5,6 partiellement empilées. Ces deux parties de volet 5,6 ont la forme d'une plaque et le recouvrement entre les 2 plaques a lieu au voisinage de la zone où le volet 4 est fixé sur l'arbre de rotation 3. Les 2 parties de volet 5,6 possèdent chacune une face entièrement plane, et le recouvrement partiel est réalisé sur cette surface plane. La partie de volet 5, appelée par la suite première partie, est en contact avec l'arbre de rotation 3. L'autre partie de volet 6, appelée par la suite deuxième partie, est au contact avec la première partie de volet 5 mais pas avec l'arbre de rotation 3. La première partie de volet 5 est ainsi comprise entre l'arbre de rotation 3 et la deuxième partie 6 du volet 4. Des vis de fixation 19 traversent des ouvertures 20 formées dans l'épaisseur du volet 4 et solidarisent le volet 4 avec l'arbre de rotation 3. Un joint 9, formé de deux pièces de joint 10a, 10b partiellement empilées, est disposé dans le conduit, et est maintenu dans le corps 2a par une bride 2b. Le volet 4 peut obturer le conduit en venant en appui sur le joint 9 lorsque le volet 4 est en position d'obturation. Plus précisément, la première partie de volet 5 vient au contact plan sur plan avec la première pièce de joint 10a, qui est en saillie par rapport à la deuxième pièce de joint 10b dans cette zone. On entend par première pièce de joint celle qui est la plus éloignée de l'arbre de rotation 3. De manière similaire, la deuxième partie de volet 6 vient au contact plan sur plan avec la deuxième pièce de joint 10b, qui est en saillie par rapport à la première pièce de joint 10a dans cette zone. Il existe deux zones 11 dans laquelle un jeu est présent entre le volet 4 et le joint 9. Le jeu est nécessaire pour éviter les risques de contact entre la tranche du volet et la tranche du joint. Un tel contact pourrait générer des frottements, de l'usure voire des coincements, et doit donc être évité. Ces deux zones sont positionnées symétriquement par rapport au plan X perpendiculaire à l'axe de rotation Y. Un écoulement de fluide d'une face à l'autre du volet 4 peut donc se faire à travers ces deux zones 11. Cet écoulement est le seul endroit où une fuite est possible, un contact plan sur plan du volet 4 sur les 2 parties de joint 10a, 10b étant assuré partout ailleurs. L'invention va chercher à réduire autant que possible ce débit de fuite sans avoir recours à l'utilisation de pièces aux tolérances géométriques resserrées. En effet, réduire les tolérances sur les pièces entrainerait un surcout conséquent qui pénalise le produit final sur le marché. Afin de limiter le débit de fuite, le volet 4 est agencé pour participer, dans sa position d'obturation, à la création d'une perte de charge impactant la fuite. Le volet 4 est agencé pour forcer l'écoulement de fuite passant par les zones 11 à effectuer un virage pour créer une perte de charge. Sur l'exemple illustré, le virage de la fuite fait un angle d'environ 90°. Comme on peut voir sur la figure 1, la direction de l'écoulement de fuite tourne de 90° entre son entrée par la zone 11 et sa sortie par la zone 12. Ce changement de direction d'écoulement, encore appelé virage, est formé par une marche 13 formée sur le volet 4. Ainsi, la direction de l'écoulement de fuite est perpendiculaire au plan du volet 4 dans la zone 11, l'écoulement ayant lieu entre la tranche du joint 9 et une portion de tranche 14 du volet 4. Puis la direction de l'écoulement devient parallèle au plan du volet 4 dans la zone 12, la fuite se produisant entre la surface inférieure 16 de la marche du volet 4 et la deuxième partie de joint 10b. On peut voir que la marche 13 est formée par un décrochement présent sur le profil du volet 4. La marche 13 est plus proche du pourtour du volet 4 que du centre du volet 4. Sur l'exemple illustré, la marche 13 est adjacente au pourtour du volet 4. La marche 13 comporte deux facettes 14,16 se rejoignant le long d'une arête 15. Les facettes 14 et 16 délimitent le décrochement présent sur le profil du volet 4. On peut voir que l'arête 15 s'étend parallèlement à un axe de rotation Y du volet 4. L'une au moins des facettes 14, 16 est plane. On peut par exemple obtenir ce type de géométrie par pratiquant un fraisage en deux emplacements localisés sur le pourtour du volet 4, la direction de fraisage étant celle de l'axe de rotation Y du volet 4. Comme montré sur la figure 4, l'une des ailes du volet 4 présente une largeur plus grande que l'autre aile du volet 4, pour former un bord radial sensiblement parallèle à l'axe de rotation Y. La marche 13 est adjacente à ce bord radial. La marche 13 est formée le long du décrochement. Sur l'exemple illustré, le volet 4 comporte deux marches 13 distantes l'une de l'autre. Les deux marches 13 sont disposées pour être symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian du volet 4. Selon un mode de réalisation non illustré, les deux marches 13 peuvent présenter des dimensions différentes. En effet, la largeur L, la hauteur H, la profondeur P d'une marche 13 peut être différente de celles de l'autre marche 13. Comme illustré sur la figure 1 et la figure 3, les 2 parties de volet 5 et 6 du volet 4 constituent deux ailes du volet 4. Les deux ailes sont situées de part et d'autre de l'axe de rotation Y, lorsque l'on regarde la vanne 1 selon une direction perpendiculaire au volet 4, le volet 4 étant en position d'obturation. Partant de la position d'obturation, lorsque l'on souhaite ouvrir le volet 4, on tourne l'arbre de rotation 3 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la pièce étant représentée comme sur la figure 1. La première partie de volet 5 s'écarte du joint 10 en s'éloignant vers le bas, et la deuxième partie de volet 6 s'écarte du joint 9 en s'éloignant vers le haut, au sens de la figure 1. Lorsque le volet 4 est en position d'obturation, le joint 9 s'étend au moins partiellement dans un espace aménagé par la marche 13. Sur l'exemple illustré sur la figure 4, cet espace est délimité par les facettes 14, 16, 17 de la marche. La vanne 1 est agencée de manière à ce que le volet 4 puisse pivoter tout en ménageant un jeu entre le volet 4 et le joint 9. En effet, l'arête 18 décrit un arc de cercle qui la rapproche du joint 9, aussi un jeu doit être intégré pour éviter une interférence entre l'arête 18 et le joint 9. Ce jeu détermine la hauteur du passage 12. Un faible jeu permet d'obtenir un faible débit de fuite, car cela influence favorablement deux facteurs ayant les mêmes effets : réduction de la surface de la fuite et augmentation de la perte de charge. Le jeu doit cependant être suffisant pour éviter les risques de contact autres que ceux nécessaires à l'étanchéité plan sur plan du volet 4 sur le joint 9. Le ratio entre la hauteur H et la profondeur P de la marche est compris entre 0,3 et 1,5. Ce ratio est déterminé par le jeu souhaité entre le volet 4 et le joint 9 et par la distance séparant l'arête 18 de l'axe de rotation Y d'une part et du bord du joint 9 d'autre part. Ainsi, la marche est adjacente à une paroi de la tranche 21 de la partie de volet 5. Comme illustré sur la figure 2, l'une au moins des parties de volet 5,6 comporte une ouverture 22, et cette ouverture 22 est obturée par la deuxième partie de volet 6,5. Cette ouverture 22 permet d'augmenter la distance sur laquelle le recouvrement entre les deux parties de volet 5,6 est réalisé tout en allégeant les pièces. Cette ouverture est également illustrée sur la figure 4. Sur l'exemple illustré, les deux parties de volet 5,6 ont la même épaisseur. Selon un autre mode de réalisation non illustré, les deux parties de volet 5,6 sont d'épaisseur différente. On peut voir sur la figure 2 que le volet 4 possède un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de rotation Y, et les deux parties de volet 5,6 sont assemblées par vissage. Sur d'autres exemples, non illustrés, Les deux parties de volet 5,6 sont assemblées par soudure, par brasage, par collage. D'autres procédés d'assemblage peuvent bien sur être envisagés. De même, il est possible de réaliser le volet 4 en une seule pièce, du moment que la géométrie caractéristique de l'invention est assurée. Sur l'exemple de la figure 4, on peut remarquer que la marche 13 est aménagée dans la partie de volet 5 au contact mécanique avec l'arbre de rotation 3. La partie de volet 6 ne participe pas à la création de la marche. Le joint 9 est métallique. Ce type de matière est particulièrement adapté aux applications dans lesquelles la température du fluide est élevée. Les pièces de joint 10a, 10b sont en acier inoxydable. Cette matière est recommandée pour les applications sur lesquelles le fluide traversant la vanne est agressif chimiquement. Ainsi ce type de joint est particulièrement adapté aux applications faisant circuler des gaz d'échappement de moteur à combustion. Eventuellement, les pièces de joint métalliques 10a, 10b sont en laiton. Sur la figure 1, on peut voir que les deux pièces de joint 10a et 10b ont la même épaisseur. Les pièces de joint 10a, 10b sont indexées en rotation. Un ergot saillant de chaque pièce de joint 10a, 10b peut se glisser dans une encoche, ce qui permet d'assurer un positionnement précis des pièces de joints 10a, 10b pendant l'assemblage du produit. On peut aussi avoir le principe inverse, c'est-à-dire une encoche dans les pièces de joint 10a, 10b et un ergot sur le corps 2 de la vanne 1. Ces 2 possibilités, bien connues de l'homme de métier, ne sont pas illustrées. La vanne 1 comporte un moteur électrique capable d'entrainer l'arbre de rotation 3 du volet 4. L'exemple illustré est celui d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, et conduit donc un mélange gazeux comportant des gaz d'échappement recirculés. REVENDICATIONS1. Vanne (1) comportant : un conduit (7,8) pour conduire un fluide, un joint (9) disposé dans le conduit, un volet (4) rotatif disposé dans le conduit, et capable d'obturer le conduit en venant en appui sur le joint lorsque le volet est en position d'obturation, une fuite de fluide d'une face à l'autre du volet se produisant dans cette position d'obturation lors du fonctionnement de la vanne, caractérisé en ce que le volet est agencé pour participer, dans sa position d'obturation, à la création d'une perte de charge impactant la fuite. 2. Vanne selon la revendication 1, le volet (4) étant agencé pour forcer la fuite à effectuer un virage pour créer la perte de charge. 3. Vanne selon la revendication 2, le virage de la fuite faisant un angle d'environ 90°. 4. Vanne selon la revendication 2 ou 3, le virage étant formé par une marche (13) sur le volet (4). 5. Vanne selon la revendication 4, la vanne étant agencée de manière à ce que la fuite se produise entre la marche (13) du volet (4) et le joint (9). 6. Vanne selon la revendication 4 ou 5, la marche (13) étant formée par un décrochement du volet (4). 7. Vanne selon l'une des revendications 4 à 6, la marche (13) étant adjacente au pourtour du volet (4). 8. Vanne selon l'une des revendications 4 à 7, le joint (9) s'étendant au moins partiellement dans un espace aménagé par la marche (13), lorsque le volet (4) est en position d'obturation. 9. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, le joint (9) étant formé d'un empilement d'au moins 2 pièces de joint (10a,10b). 10. Vanne selon l'une des revendications 4 à 9, le ratio entre hauteur H et profondeur P de la marche (13) étant compris entre 0,3 et 1,5.30