Brevet FR3045108A1 — publié le 20170616

ENSEMBLE FORME D'UNE SOUPAPE AUTO NETTOYANTE ET DE SON DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT [0001] La présente invention porte sur un ensemble formé d'une soupape et de son dispositif d'actionnement ainsi que d'un organe mécanique et d'un ensemble associé présentant une telle soupape, cette soupape possédant l'avantage d'être auto nettoyante. [0002] Par soupape dans le sens de la présente invention, il est entendu tout élément d'obturation mobile d'une ouverture pratiquée dans un organe mécanique, cette soupape pouvant par exemple être une vanne ou une valve quelconque. [0003] Dans une utilisation préférentielle d'un tel ensemble formé d'une soupape et de son dispositif d'actionnement, cette soupape est susceptible d'être fortement encrassée et de pouvoir effectuer une opération de nettoyage sur elle-même. [0004] Plus précisément mais non limitativement, la soupape selon l'invention peut être intégrée dans un organe mécanique faisant partie d'un véhicule automobile, par exemple une vanne ou une soupape d'une culasse dans un moteur, d'un turbocompresseur ou d'une ligne d'échappement. Comme autre exemple, cette soupape peut former une vanne présente dans un système ou ligne de recirculation des gaz d'échappement à l'admission du moteur. [0005] Dans ce qui va suivre, la soupape selon l'invention va être décrite en étant illustrée par une vanne de recirculation. Ceci n'est cependant pas limitatif et la soupape selon l'invention peut remplir un autre rôle que dans cet exemple en présentant par exemple une utilisation autre que dans le domaine automobile. [0006] Pour réduire l'émission de substances polluantes d'un véhicule automobile à moteur thermique, il est connu d'équiper les véhicules automobiles d'une circulation de gaz d'échappement vers l'admission du moteur afin de récupérer les gaz d'échappement en sortie du moteur et de les réinjecter en entrée du moteur à l'admission d'air. Cette circulation des gaz d'échappement porte communément le nom de système RGE, l'abréviation RGE signifiant Recirculation des Gaz d'Echappement, ce système étant aussi connu sous l'abréviation anglo-saxonne d'EGR. [0007] Dans ce qui va suivre, il sera utilisé indifféremment système de recirculation des gaz d'échappement ou système RGE pour la désignation d'un tel système. 3045108 2 [0008] Les substances polluantes émises par un véhicule automobile sont principalement des oxydes et notamment des oxydes d'azote, aussi dénommés sous l'abréviation NOx, formés par la réaction à haute température de l'oxygène avec l'azote. Les gaz d'échappement, déjà utilisés par le moteur, sont relativement pauvres en oxygène 5 et le fait de les faire recirculer dans l'admission du moteur thermique à la place de l'air frais alimentant le moteur diminue la quantité d'oxygène disponible et donc la formation de NOx. [0009] Le système RGE peut être soit muni d'une boucle ou soit il peut exister deux boucles de circulation de gaz d'échappement dans un système RGE pour un moteur 10 turbo-compressé, la première boucle étant la boucle basse pression et la seconde la boucle haute pression. La présente invention s'applique indifféremment à ces deux systèmes RGE ou à une combinaison de ces deux systèmes. [0010] La boucle d'un système RGE aussi bien haute pression que basse pression présente un piquage sur une ligne d'échappement partant d'un collecteur d'échappement 15 en sortie du moteur thermique pour l'évacuation des gaz d'échappement quittant le moteur. La ligne d'échappement peut comporter une turbine, dans le cas d'un moteur thermique turbocompressé, ainsi que divers éléments de dépollution sélective des gaz d'échappement, par exemple un filtre à particules, ces particules étant principalement des suies et un ou plusieurs catalyseurs, notamment un catalyseur d'oxydation principalement 20 pour les hydrocarbures. La présence dans la ligne d'échappement d'un système de réduction catalytique sélective ou système RCS, aussi connu sous l'acronyme anglo-saxon de SCR, est aussi possible. [0011] Un système RGE de circulation des gaz d'échappement comporte généralement un échangeur thermique destiné à refroidir les gaz d'échappement brûlés et au moins une 25 vanne, appelée communément vanne RGE, qui vient régler le débit de gaz brûlé vers un collecteur d'admission à une entrée d'admission d'air au moteur thermique, ceci pour n'importe quel type de boucle RGE. [0012] Cette vanne est pilotée par le calculateur d'un contrôle commande moteur en charge du bon fonctionnement du moteur thermique. Il existe ainsi un échangeur 30 thermique, avantageusement à eau, et au moins une vanne RGE pour chacune des deux boucles décrites précédemment. Il est connu que la vanne RGE est susceptible de s'encrasser et de présenter alors un fonctionnement altéré du fait des particules présentes dans les gaz d'échappement recirculés. 3045108 3 [0013] Le problème de l'encrassement d'une soupape prise dans son sens large en englobant valve ou vanne parcourue par des liquides ou gaz hétérogènes, par exemple en étant chargés de particules, est connu, notamment dans le domaine automobile pour les gaz d'échappement. 5 [0014] Il a par exemple été proposé de faire circuler dans une ligne RGE de l'air frais en contre sens des gaz d'échappement dont le débit est alors coupé pour nettoyer la ou les vannes RGE, cet air étant avantageusement sous pression. Ceci n'est possible que pendant certains points de fonctionnement du moteur, l'admission d'air au moteur étant alors coupée ce qui est pénalisant. 10 [0015] Il a aussi été proposé d'utiliser un filtre cyclonique épurant les gaz d'échappement des particules susceptibles d'encrasser la ou les vannes RGE. [0016] Aucune de ces solutions n'a donné à l'heure actuelle entière satisfaction car trop compliquée de mise en oeuvre et/ou trop coûteuse. [0017] Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de concevoir un 15 ensemble soupape prise dans son sens large et dispositif d'actionnement de la soupape, cette soupape, destinée à être traversée par des liquides ou gaz hétérogènes susceptibles de l'encrasser, présentant une fonction auto nettoyante. [0018] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un ensemble d'une soupape et de son dispositif d'actionnement, la soupape présentant une tête, destinée à 20 fermer temporairement une ouverture formant siège de soupape et une tige s'étendant selon un axe longitudinal médian de la soupape, la tige portant la tête à une de ses extrémités et, à son autre extrémité formant une queue de soupape, une surface d'appui en contact contre un profil d'un élément du dispositif d'actionnement entraînant en un mouvement de va-et-vient la tige de la soupape, caractérisé en ce que le contact entre la 25 surface d'appui et au moins une partie du profil de l'élément présente un décalage par rapport à l'axe longitudinal médian initiant un mouvement de rotation de la soupape autour de son axe. [0019] L'effet technique est, que pour éviter l'encrassement, il est effectué une rotation de la soupape pendant au moins une portion de son mouvement de va-et-vient. La 30 rotation, avantageusement limitée, va permettre de nettoyer la soupape et de décoller une grande partie des dépôts d'impuretés de la zone de la tête de soupape faisant étanchéité avec le siège porté par un organe mécanique. 3045108 4 [0020] Ceci est obtenu en créant un couple sur la queue de la soupape via le décalage par rapport à l'axe longitudinal médian de la soupape initiant un mouvement de rotation de la soupape autour de son axe, le dispositif d'actionnement appliquant son effort sur une portion périphérique de la queue de soupape. 5 [0021] Avantageusement, le profil de l'élément est au moins localement biseauté selon un angle de biseau et la surface d'appui est arrondie, tronconique ou sphérique, l'appui de la surface se faisant à une extrémité du biseau. L'extrémité de la queue de soupape de forme arrondie, tronconique ou partiellement sphérique, en contact avec la portion de profil biseautée du dispositif d'actionnement, vient créer une composante de force éloignée de 10 l'axe longitudinal médian de la soupape créant ainsi un couple de rotation. [0022] Avantageusement, l'angle de biseau est inférieur à 20°. [0023] Avantageusement, le dispositif d'actionnement est sous la forme d'une came. [0024] Avantageusement, le mouvement de rotation de la soupape autour de son axe est de l'ordre de 1 à 10°. 15 [0025] Un autre aspect de l'invention concerne un organe mécanique et un ensemble d'une soupape et de son dispositif d'actionnement, l'organe comprenant une ouverture dont le contour forme un siège pour la soupape en étant fermée par une tête de soupape, caractérisé en ce que l'ensemble est tel que précédemment décrit. [0026] Avantageusement, le mouvement de rotation de la soupape autour de son axe 20 s'effectue quand la tête de soupape est à proximité d'un contact avec le siège de soupape, juste après une ouverture et/ou juste avant une fermeture du siège. [0027] Avantageusement, la soupape et son dispositif d'actionnement sont logés au moins partiellement dans l'organe, la tige de la soupape traversant l'organe avec la tête de la soupape se trouvant d'un autre côté de l'organe que la queue de soupape. 25 [0028] Un autre aspect de la présente invention concerne une ligne de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile vers une admission d'air du moteur, la ligne présentant au moins une vanne et son dispositif de pilotage interdisant ou ouvrant au moins partiellement un débit de gaz d'échappement vers l'admission, caractérisée en que qu'elle comprend un organe mécanique et un ensemble 30 tel que décrit précédemment, l'organe mécanique étant intégré dans une paroi de la ligne et la soupape de l'ensemble formant vanne. 3045108 5 [0029] Un autre aspect de l'invention concerne un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tel ensemble précédemment décrit ou au moins un tel organe mécanique et/ou au moins une telle ligne de recirculation. [0030] L'invention concerne enfin un procédé de fermeture d'une ouverture pratiquée 5 dans un organe mécanique par une tête d'une soupape, la soupape effectuant un mouvement de translation rectiligne en va-et-vient sous l'action du dispositif entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'ouverture de l'organe parallèlement à un axe longitudinal médian de la soupape, caractérisé en ce qu'à ce mouvement de translation rectiligne est associé au moins temporairement un mouvement de rotation de la soupape 10 par rapport à son axe longitudinal médian, de sorte qu'entre au plus deux mouvements de translation rectiligne successifs, la soupape a effectué une rotation autour de son axe longitudinal médian. [0031] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés 15 donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'un organe mécanique muni d'une ouverture et d'un ensemble selon la présente invention formé d'une soupape et de son dispositif d'actionnement, la soupape fermant l'ouverture lors d'un mouvement de va-et-vient en effectuant aussi une rotation, 20 - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale du dispositif d'actionnement ainsi que de l'extrémité de la soupape coopérant avec cet élément, l'ensemble de la soupape et du dispositif d'actionnement étant conforme à la présente invention. [0032] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont 25 pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité. [0033] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en 30 combinaison. Quand il est fait référence à une figure spécifique, cette figure est à prendre en combinaison avec l'autre figure pour la reconnaissance des références numériques désignées. 3045108 6 [0034] En se référant aux deux figures, la présente invention concerne un ensemble d'une soupape 1 et de son dispositif d'actionnement 2. De manière classique, la soupape 1 présente une tête 3, destinée à fermer temporairement une ouverture formant siège 4 de soupape dans un organe mécanique 7. 5 [0035] La soupape 1 comprend aussi une tige 5 s'étendant selon un axe longitudinal médian de la soupape. La tige 5 porte la tête 3 à une de ses extrémités. A son autre extrémité formant une queue 5a de soupape, la tige 5 se termine par une surface d'appui 6 en contact contre un profil 2a d'un élément du dispositif d'actionnement 2 entraînant en un mouvement de va-et-vient la tige 5 de la soupape. 10 [0036] Selon la présente invention, le contact entre la surface d'appui 6 et au moins une partie du profil 2a de l'élément présente un décalage par rapport à l'axe longitudinal médian initiant un mouvement de rotation de la soupape 1 autour de son axe, ceci pour initier une rotation de la tige 5 et en conséquence de la soupape 1 sur elle-même. [0037] Cette rotation est avantageusement limitée, par exemple en étant d'un faible 15 angle, préférentiellement d'un angle entre 1 et 10°C. [0038] Dans la forme préférentielle de la présente invention, le profil 2a de l'élément est au moins localement biseauté selon un angle de biseau et la surface d'appui 6 est arrondie, tronconique ou sphérique, l'appui de la surface 6 se faisant à une extrémité du biseau. Pour cela, le profil 2a de l'élément, c'est-à-dire sa tranche, est légèrement 20 biseauté sur sa partie la plus éloignée de l'axe longitudinal de la soupape 1 d'un angle. [0039] A la figure 2, c'est l'angle obtus associé au biseau par rapport un trait horizontale qui est référencé a. L'angle aigu de biseau est de préférence inférieur à 20°. En effet, avec un effort de 20DaN l'effort tangentiel et un angle de 20°, la composante de rotation est de 0.7 DaN. 25 [0040] Le dispositif d'actionnement 2 peut être sous la forme d'une came, ce qui est usuel pour un tel élément d'actionnement. Le profil 2a ou la tranche de la came 2 peut seulement être biseauté que dans des zones spécifiques, par exemple le profil 2a de came correspondant à la position de la tête 3 de soupape 1 la plus éloignée du siège 4 et/ou la plus proche du siège 4, ou une position intermédiaire. 30 [0041] Un autre aspect de l'invention concerne un organe 7 mécanique et un ensemble tel que décrit précédemment. L'organe mécanique 7 comprend une ouverture dont le 3045108 7 contour forme un siège 4 de soupape et fermée par une tête 3 de soupape 1 d'un tel ensemble formé d'une soupape 1 et de son dispositif d'actionnement 2. [0042] A chaque activation de la soupape 1, la soupape 1 tourne, avantageusement d'un petit angle, autour de son axe longitudinal médian. Par exemple, en tournant au 5 moment de son ouverture ou fermeture du siège 4 ou les deux, la soupape 1 tend à enlever les impuretés perturbant les étanchéités entre siège 4 et tête 3 de soupape. [0043] Un angle limité de rotation de la soupape 1, de préférence lorsqu'il n'y a pas contact de la tête avec le siège 4, évite de trop user la tête 3 de soupape 1 et le siège 4 porté par l'organe 7 mécanique à obturer par la soupape 1. 10 [0044] Le mouvement de rotation de la soupape 1 autour de son axe peut s'effectuer quand la tête 3 de soupape 1 est juste à proximité d'un contact avec le siège 4 de soupape, par exemple juste après une ouverture et/ou avant une fermeture complète du siège 4. [0045] Pour toute sorte de dispositif d'actionnement, il est préférable de générer la 15 rotation la soupape 1 une fois décollée de son siège 4 pour éviter des usures prématurées liées aux efforts de fermeture. Par contre, le faire sur une soupape 1 légèrement décollée car ayant commencé son mouvement d'ouverture du siège 4 ou n'ayant pas fini son mouvement de fermeture du siège 4 peut permettre aussi de nettoyer le siège 4 de la soupape 1 entourant l'ouverture dans un organe 7 mécanique. 20 [0046] Dans un mode de réalisation du positionnement de la soupape 1 par rapport à l'organe 7 mécanique, la soupape 1 et son dispositif d'actionnement 2 sont logés au moins partiellement dans l'organe 7, la tige 5 de la soupape 1 traversant l'organe 7 par un passage 8. La tête 3 de la soupape 1 se trouve alors d'un autre côté de l'organe 7 que la queue 5a de soupape. L'organe 7 de maintien peut présenter des paliers 9 recevant entre 25 eux la tige 5 de la soupape, ces paliers 9 étant logés à l'intérieur du passage 8. [0047] L'invention concerne un procédé de fermeture d'une ouverture pratiquée dans un organe 7 mécanique par une tête 3 d'une soupape, la soupape 1 effectuant un mouvement de translation rectiligne en va-et-vient sous l'action du dispositif entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'ouverture de l'organe 7 parallèlement à un axe 30 longitudinal médian de la soupape. [0048] Selon l'invention, à ce mouvement de translation rectiligne est associé au moins temporairement un mouvement de rotation de la soupape 1 par rapport à son axe 3045108 8 longitudinal médian, de sorte qu'entre au plus deux mouvements de translation rectiligne successifs, la soupape 1 a effectué une rotation autour de son axe longitudinal médian, cette rotation étant avantageusement d'amplitude réduite. [0049] Dans un premier temps, la soupape 1 fermée, un secteur de soupape 1 nommé 5 « n soupape » est en contact avec un secteur de siège 4 nommé « n siège 4 ». Selon le positionnement de la partie biseautée sur le dispositif d'actionnement 2, par exemple en obturation ou en libération du siège 4 par la tête 3 de soupape 1 ou les deux, la soupape 1 peut tourner d'un angle réduit, ce qui, dans un second temps, fait que le secteur de la soupape 1 « n soupape » viendra en contact avec le secteur de siège 4 « n+1 sièges ». 10 [0050] En procédant ainsi, la soupape 1 devient auto nettoyante par succession de petites rotations de la soupape 1 par rapport à son axe longitudinal médian. [0051] Comme précédemment mentionné, sans que cela soit limitatif, une application préférentielle de telles soupapes 1 se trouve dans le domaine des véhicules automobiles, notamment pour tout type de soupape, vanne ou valve se trouvant en contact avec des 15 fluides hétérogènes comme le sont par exemple les gaz d'échappement. [0052] Ainsi, une première application de l'invention se trouve pour une ligne de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile vers une admission d'air du moteur. Une telle ligne présente au moins une vanne et son dispositif de pilotage interdisant ou ouvrant au moins partiellement un débit de gaz 20 d'échappement vers l'admission. [0053] Dans le cadre de l'invention, la vanne et son dispositif de pilotage sont sous la forme d'un ensemble tel que précédemment décrit ou la portion de la paroi de la ligne RGE recevant la soupape 1 est assimilée à l'organe 7 mécanique tel que précédemment décrit. 25 [0054] L'invention peut aussi concerner un véhicule automobile comprenant au moins un tel ensemble précédemment décrit ou au moins un tel organe 7 mécanique avec un ensemble comportant une soupape et son dispositif d'actionnement et/ou au moins une telle ligne de recirculation RGE. Les soupapes 1 selon la présente invention ne sont cependant pas limitées aux soupapes ayant contact avec des gaz d'échappement bien 30 que cela soit une application particulièrement avantageuse de la présente invention. [0055] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS: 1. Ensemble d'une soupape (1) et de son dispositif d'actionnement (2), la soupape (1) présentant une tête (3), destinée à fermer temporairement une ouverture formant siège (4) de soupape et une tige (5) s'étendant selon un axe longitudinal médian de la soupape, la tige (5) portant la tête (3) à une de ses extrémités et, à son autre extrémité formant une queue (5a) de soupape, une surface d'appui (6) en contact contre un profil (2a) d'un élément (2) du dispositif d'actionnement entraînant en un mouvement de va-et-vient la tige (5) de la soupape (1), caractérisé en ce que le contact entre la surface d'appui (6) et au moins une partie du profil (2a) de l'élément (2) présente un décalage par rapport à l'axe longitudinal médian initiant un mouvement de rotation de la soupape (1) autour de son axe. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel le profil (2a) de l'élément (2) est au moins localement biseauté et la surface d'appui (6) est arrondie, tronconique ou sphérique, l'appui de la surface (6) se faisant à une extrémité du biseau. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément (2) d'actionnement est sous la forme d'une came. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mouvement de rotation de la soupape (1) autour de son axe est de l'ordre de 1 à 10°. 5. Organe (7) mécanique et ensemble d'une soupape (1) et de son dispositif d'actionnement (2), l'organe (7) comprenant une ouverture dont le contour forme un siège (4) pour la soupape (1) en étant fermée par une tête (3) de soupape, caractérisé en ce que l'ensemble est selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6. Organe (7) et ensemble selon la revendication 5, dans lequel le mouvement de rotation de la soupape (1) autour de son axe s'effectue quand la tête (3) de soupape (1) est à proximité d'un contact avec le siège (4) de soupape, juste après une ouverture et/ou juste avant après une fermeture du siège (4) par la tête (3). 7. Organe (7) et ensemble selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la soupape (1) et son dispositif d'actionnement (2) sont logés au moins partiellement dans l'organe (7), la tige (5) de la soupape (1) traversant l'organe (7) avec la tête (3) de la soupape (1) se trouvant d'un autre côté de l'organe (7) que la queue (5a) de soupape. 3045108 10 8. Ligne de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile vers une admission d'air du moteur, la ligne présentant au moins une vanne et son dispositif de pilotage interdisant ou ouvrant au moins partiellement un débit de gaz d'échappement vers l'admission, caractérisée en que la vanne et son 5 dispositif de pilotage sont sous la forme d'un ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou en ce qu'elle comprend un organe (7) mécanique et un ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, l'organe (7) mécanique étant intégré dans une paroi de la ligne et la soupape (1) de l'ensemble formant vanne. 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble selon 10 l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou au moins un organe (7) et un ensemble selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 et/ou au moins une ligne de recirculation selon la revendication 8. 10. Procédé de fermeture d'une ouverture pratiquée dans un organe (7) mécanique par une tête (3) d'une soupape, la soupape (1) effectuant un mouvement de translation 15 rectiligne en va-et-vient sous l'action du dispositif entre des positions d'ouverture et de fermeture de l'ouverture de l'organe (7) parallèlement à un axe longitudinal médian de la soupape, caractérisé en ce qu'à ce mouvement de translation rectiligne est associé au moins temporairement un mouvement de rotation de la soupape (1) par rapport à son axe longitudinal médian, de sorte qu'entre au plus deux mouvements de 20 translation rectiligne successifs, la soupape (1) a effectué une rotation autour de son axe longitudinal médian.