Brevet FR3083286A1 — publié le 20200103

Vanne pourvue d'un organe de stabilisation solidaire du volet et ligne d'échappement équipée d'une telle vanne La présente invention concerne une vanne, du type comprenant un volet, un corps de vanne tubulaire définissant un passage de circulation des gaz d'échappement, et un dispositif de guidage du volet relativement au corps de vanne pour permettre le pivotement du volet relativement au corps de vanne autour d'un axe de pivotement entre une position d'obturation et une position de libération du passage de circulation des gaz d'échappement, le volet présentant deux grandes faces sensiblement parallèles l'une à l'autre et reliées l'une à l'autre par une tranche du volet. Le dispositif de guidage comprend une broche comportant une extrémité distale, traversée par l'axe de pivotement, en appui contre le corps de vanne, et un socle qui définit une face d'appui opposée à l'extrémité distale et traversée par l'axe de pivotement. Le socle présente au moins une fente dans laquelle est reçue la tranche du volet. L'invention concerne également une ligne d'échappement de véhicule automobile comprenant une telle vanne. Les vannes du type précité sont connues et sont généralement montées sur des lignes d'échappement de véhicule automobile, où elles servent à réguler le flux de gaz d'échappement d'un moteur thermique. Le plus souvent, le corps de vanne et le volet de ces vannes sont réalisés en acier, et la broche est réalisée en céramique car ce matériau présente de bonnes caractéristiques tribologiques vis-à-vis de l'acier. Un inconvénient lié à l'emploi de ces matériaux est que la broche est très cassante et risque de se rompre si une force d'écartement trop importante est appliquée entre les parois de la fente. De manière à accommoder la dilatation thermique du volet, cette fente a généralement une largeur supérieure à l'épaisseur du volet ; ainsi, en dépit des températures très élevées auxquelles la vanne peut être soumise dans une ligne d'échappement, le volet peut se dilater sans risque de venir appuyer contre les parois de la fente. Le jeu ainsi laissé entre le volet et les parois de la fente pose toutefois problème. En effet, du fait de ce jeu, le volet peut se déplacer par rapport à la broche. Or, le flux de gaz d'échappement, auquel s'oppose le volet, vient exercer sur le volet une force d'intensité variable qui provoque des mouvements d'aller-retour du volet qui bute, à chaque aller-retour, contre les parois de la fente, provoquant un bruit de cliquetis audible pour les occupants de l'habitacle. Ce bruit de cliquetis donne chez les utilisateurs une impression de mauvaise qualité du véhicule qui peut être particulièrement préjudiciable pour les véhicules haut de gamme. 2 Un premier objectif de l'invention est de supprimer ce bruit de cliquetis. Un autre objectif est de parvenir à ce premier objectif de manière simple et économique. A cet effet, l'invention a pour objet une vanne du type précité, comprenant également un organe de stabilisation solidaire du volet, ledit organe de stabilisation 5 présentant deux portions en saillie faisant chacune saillie à l'opposé de l'axe de pivotement relativement à une grande face respective du volet, chaque portion en saillie étant en contact avec la face d'appui de la broche. Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, la vanne présente également l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant 10 toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - La ou chaque portion en saillie présente une face de support en contact avec la face d'appui de la broche, ladite face de support étant sensiblement plane. - La face d'appui de la broche est sensiblement plane. - La face de support est sensiblement parallèle à la face d'appui de la broche. 15 - La face d'appui de la broche est sensiblement orthogonale à l'axe de pivotement. - La face d'appui de la broche est inclinée relativement à l'axe de pivotement, ladite face d'appui formant avec l'axe de pivotement un angle minimal compris entre 30° et 60°, de préférence compris entre 40° et 50°. - L'organe de stabilisation est rapporté, en particulier soudé, sur le volet. 20 - L'organe de stabilisation est constitué par une plaque. - Les fentes sont au nombre de deux, chaque fente étant sensiblement parallèle à l'axe de pivotement. - Le volet présente une encoche dans laquelle est partiellement logée la broche. - L'organe de stabilisation est engagé dans l'encoche, en particulier dans le 25 tronçon de fond large de l'encoche. - La largeur de la ou chaque fente est supérieure à celle de la tranche du volet. - La broche a un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du volet, et - la ou chaque fente débouche dans la face d'appui. L'invention a également pour objet une ligne d'échappement de véhicule 30 automobile comprenant une vanne telle que définie ci-dessus. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement de véhicule automobile telle que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, données uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux 35 dessins annexés, dans lesquels : 3 la Figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement selon l'invention, la Figure 2 est une vue en élévation, de côté, d'une vanne de la ligne d'échappement de la Figure 1, 5 la Figure 3 est une vue axiale et en coupe, selon un plan marqué sur la Figure 2, de la vanne de la Figure 2, selon une première variante de l'invention, la Figure 4 est une vue en perspective d'un détail marqué IV de la Figure 3, la Figure 5 est une vue éclatée des éléments de la Figure 4, 10 la Figure 6 est une vue en coupe du détail marqué IV de la Figure 3, selon une deuxième variante de l'invention, et la Figure 7 est une vue en coupe du détail marqué IV de la Figure 3, selon une troisième variante de l'invention. La ligne d'échappement 10 représentée sur la Figure 1 est embarquée à bord d'un 15 véhicule automobile (non représenté). Elle comprend, de manière connue, un collecteur 12 pour collecter les gaz d'échappement d'un moteur thermique (non représenté) du véhicule, un orifice 14 de sortie des gaz d'échappement hors du véhicule et, entre le collecteur 12 et l'orifice de sortie 14, un réseau de conduites 16 pour guider les gaz d'échappement depuis le collecteur 12 jusqu'à l'orifice de sortie 14. 20 Le réseau de conduites 16 inclut, de préférence, au moins un équipement de dépollution (non représenté) pour dépolluer les gaz d'échappement et au moins un équipement anti-bruit (non représenté) adapté pour minimiser le son produit par les gaz d'échappement à leur sortie par l'orifice de sortie 14. Le réseau de conduites 16 inclut également une conduite amont 20 d'arrivée de 25 gaz d'échappement, une conduite aval 22 d'évacuation des gaz d'échappement et, interposée entre les conduites amont et aval 20, 22, une vanne 24 dont le rôle est de contrôler le passage des gaz d'échappement entre les conduites amont et aval 20, 22. Optionnellement, cette vanne 24 fait partie d'un équipement de dépollution ou d'un équipement anti-bruit du réseau de conduites 16. 30 En référence à la Figure 2, la vanne 24 comprend un corps de vanne 26 tubulaire, destiné à contenir les gaz d'échappement, définissant un passage de circulation 28 des gaz d'échappement s'étendant suivant un axe central A-A' depuis une extrémité amont 30, raccordée fluidiquement à la conduite amont 20, jusqu'à une extrémité aval 32, raccordée fluidiquement à la conduite aval 22. 4 Dans la suite, les termes d'orientation s'entendent par référence à l'orientation usuelle d'un axe, le qualificatif « axial » désignant les directions parallèles à l'axe A-A' et le qualificatif « radial » désignant les directions perpendiculaires à l'axe A-A'. On notera que « perpendiculaire » est ici utilisé pour désigner des directions orthogonales entre elles 5 et présentant un point d'intersection. Le corps de vanne 26 porte par ailleurs une bride de fixation 33 et présente une ouverture traversante 34 (Figure 3) selon une direction radiale P-P', ladite ouverture traversante 34 s'étendant à travers la bride de fixation 33 et débouchant radialement dans le passage de circulation 28 des gaz d'échappement et à l'extérieur du corps de vanne 10 26. En référence à la Figure 3, le corps de vanne 26 définit en outre un évidement 35 dans une face interne du corps de vanne 26 orientée vers le passage de circulation 28 des gaz d'échappement. Cet évidement 35 est disposé de manière diamétralement opposée à l'ouverture traversante 34 par rapport à l'axe A-A', et il est aligné avec la 15 direction radiale P-P'. L'évidement 35 a typiquement une forme tronconique avec un fond hémisphérique. La vanne 24 comprend également un volet 36 mobile à l'intérieur du corps de vanne 26, et un dispositif 37 de guidage du volet 36 relativement au corps de vanne 26 pour permettre le pivotement du volet 36 relativement au corps de vanne 26 autour de la 20 direction P-P' entre une position d'obturation et une position de libération du passage de circulation 28 des gaz d'échappement, ladite direction P-P' constituant ainsi un axe de pivotement du volet 36. Cet axe de pivotement P-P' étant radial, le corps de vanne 26, le volet 36 et le dispositif de guidage 37 forment ensemble une vanne papillon. La vanne 24 comprend encore un actionneur motorisé 38 pour commander le 25 déplacement du volet 36 entre ses positions d'obturation et de libération. Comme visible sur les Figures 2 et 3, le volet 36 est sensiblement plan. Il comprend ainsi deux grandes faces 40, 42, chacune plane et sensiblement parallèle à l'autre, lesdites faces 40, 42 étant reliées l'une à l'autre par une tranche 44 du volet 36. Chacune des grandes faces 40, 42 du volet 36 présente une forme sensiblement 30 complémentaire à la section radiale du passage de circulation 28 des gaz d'échappement. En position d'obturation, le volet 36 est orienté sensiblement transversalement au passage de circulation 28 des gaz d'échappement, c'est-à-dire que chacune de ses grandes faces 40, 42 est disposée sensiblement perpendiculairement à l'axe A-A'. En position de libération, représentée sur les Figures 2 et 3, le volet 36 est orienté 35 sensiblement parallèlement au passage de circulation 28 des gaz d'échappement, c'est-à- 5 dire que chacune de ses grandes faces 40, 42 est disposée sensiblement parallèlement à l'axe A-A'. Le volet 36 présente une épaisseur el, définie comme étant la distance des grandes faces 40, 42 l'une à l'autre. 5 Le volet 36 est typiquement en métal, par exemple en acier. En référence à la Figure 3, le dispositif de guidage 37 du volet 36 comprend un arbre 50 engagé dans l'ouverture 34 et lié au volet 36, un palier 52 de guidage de l'arbre 50 relativement au corps de vanne 26, et une broche 54 traversée par l'axe de pivotement P-P', engagée dans l'évidement 35 et liée au volet 36. 10 L'arbre 50 est sensiblement coaxial à l'axe P-P' et s'étend de part en part de l'ouverture traversante 34. Il présente une première extrémité 60 de liaison au volet 36, et une deuxième extrémité 62 de liaison à l'actionneur 38. L'arbre 50 est solidaire du volet 36 en rotation autour de l'axe P-P'. A cet effet, la première extrémité 60 comprend, dans l'exemple représenté, une base 64 et deux ergots 15 66 faisant saillie depuis la base 64 en direction du centre du passage de circulation 28 des gaz d'échappement, lesdits ergots 66 définissant entre eux une fente 68 dans laquelle est reçu un bord 69 du volet 36. Avantageusement, le volet 36 est en outre soudé à l'arbre 50. L'arbre 50 est apte à être entraîné en rotation autour de l'axe P-P' par l'actionneur 20 38. A cet effet, la deuxième extrémité 62 est solidaire d'une pièce d'entraînement 71, elle- même liée à un arbre de sortie 70 de l'actionneur 38 par l'intermédiaire d'un organe de liaison 72. L'organe de liaison 72 est de préférence adapté pour minimiser les transferts thermiques entre l'arbre 50 dispositif de guidage 37 du volet 36 et l'arbre de sortie 70 de 25 l'actionneur 38. A cet effet, l'organe de liaison 72 est, dans l'exemple représenté, constitué par un brin métallique conformé en spirale. L'arbre 50 est typiquement en métal, par exemple en acier, et de préférence en acier inoxydable. Le palier de guidage 52 de l'arbre 50 est ici logé dans l'ouverture 34. Il est 30 typiquement constitué par un anneau de matériau à faible coefficient de frottement, par exemple une céramique, disposée entre l'arbre 50 et une paroi de l'ouverture 34. En référence aux Figures 4 et 5, la broche 54 comprend une extrémité distale 80 traversée par l'axe de pivotement P-P', reçue dans l'évidement 35 et en appui contre le corps de vanne 26. La broche 54 comprend également un socle 82 définissant une face 35 d'appui 84 opposée à l'extrémité distale 80 et traversée par l'axe de pivotement P-P'. 6 La broche 54 est par exemple constituée exclusivement de céramique. Elle présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du volet 36 et une ténacité typiquement inférieure à 7 MPa.m1/2. La face d'appui 84 de la broche 54 est sensiblement plane. Dans cette première 5 variante, la face d'appui 84 de la broche 54 est en outre sensiblement orthogonale à l'axe de pivotement P-P' et à chacune des grandes faces 40, 42 du volet 36. Le socle 82 présente par ailleurs au moins une fente, dans laquelle est notamment reçue la tranche 44 du volet. Selon un exemple non représenté, le socle 82 présente une seule fente 86. 10 Comme visible par exemple sur la figure 5, le socle 82 présente deux fentes 86 orientées chacune sensiblement parallèlement à l'axe de pivotement P-P' et débouchant chacune dans la face d'appui 84. Ces fentes 86 sont disposées de manière diamétralement opposée l'une à l'autre relativement à l'axe de pivotement P-P', c'est-à-dire que l'axe de pivotement P-P' est interposé entre lesdites fentes 86. 15 La tranche 44 du volet 36 est reçue dans chacune de ces fentes 86. Chaque fente 86 a une largeur L strictement supérieure à l'épaisseur el du volet 36 ; en d'autres termes, la largeur L de chaque fente 86 est supérieure à celle de la tranche 44 du volet 36. Ainsi, chaque fente 86 laisse suffisamment d'espace à la tranche 44 du volet 36 pour qu'il puisse se dilater sans risque d'entraîner la rupture de la broche 54. 20 Dans la première variante, le socle 82 de la broche 54 présente également une gorge 88 ménagée dans la face d'appui 84 de la broche 54 et reliant les fentes 86 l'une à l'autre. La surface d'appui 84 de la broche 54 est de ce fait divisée en deux demi-surfaces sensiblement coplanaires. La gorge 88 a ici sensiblement la même largeur que les fentes 86. 25 En référence à la Figure 5, la broche 54 est partiellement logée dans une encoche 90 ménagée dans le volet 36. Cette encoche 90 est ménagée dans un bord 92 du volet 36 opposé au bord 69. Elle est en outre traversante et débouche dans chacune des grandes faces 40, 42 du volet 36. 30 L'encoche 90 est bordée par une paroi de fond 94 et par deux parois latérales 95 disposées en vis-à-vis l'une de l'autre et s'étendant chacune depuis la paroi de fond 94 jusqu'à l'ouverture par laquelle l'encoche 90 débouche hors du volet 36. Cette paroi de fond 94 et les parois latérales 95 appartiennent à la tranche 44 du volet 36. L'encoche 90 présente un tronçon étroit 96, dans lequel les parois latérales 95 35 sont à une distance l'une de l'autre sensiblement égale à la distance entre les fonds des 7 fentes 86 de la broche 54. Ce tronçon étroit 96 constitue ici un tronçon d'extrémité de l'encoche 90 par lequel l'encoche 90 débouche à l'extérieur du volet 36. L'encoche 90 présente également un tronçon de fond 97 large, dans lequel les parois latérales 95 sont à une distance l'une de l'autre supérieure à la distance entre les 5 fonds des fentes 86 de la broche 54 et de préférence supérieure ou égale au diamètre de la broche 54. Dans l'exemple représenté, l'encoche 90 présente encore un tronçon intermédiaire 98, dans lequel les parois latérales 95 sont à une distance intermédiaire l'une de l'autre, comprise entre la largeur du tronçon étroit 96 et la largeur du tronçon de fond large 97. Ce 10 tronçon intermédiaire 98 est interposé entre le tronçon étroit 96 et le tronçon de fond large 97. Selon l'invention, la vanne 24 comprend également un organe de stabilisation 100, solidaire du volet 36, pour stabiliser la broche 54 et éviter à cette dernière de pivoter relativement au volet 36 autour de tout axe orthogonal à l'axe de pivotement P-P'. 15 A cet effet, l'organe de stabilisation 100 présente deux portions en saillie 102, 104 (Figure 6) faisant chacune saillie à l'opposé de l'axe de pivotement P-P' relativement à une grande face 40, 42 respective du volet 36, chaque portion en saillie 102, 104 étant en contact avec la face d'appui 84 de la broche 54. Chaque portion en saillie 102, 104 présente en outre une face de support 106, 108 (Figure 6) en contact avec la face d'appui 20 84 de la broche 54. Cette face de support 106, 108 est en particulier sensiblement plane et parallèle à la face d'appui 84 de la broche 54. Comme visible sur la Figure 5, l'organe de stabilisation 100 est, dans l'exemple représenté, constitué par une plaque 110 en métal rapportée sur le volet 36 et fixée à ce dernier, typiquement par soudage, par exemple par soudage au tungstène sous gaz 25 inerte (mieux connu sous la désignation « soudage TIG », l'acronyme TIG provenant de l'anglais « Tungsten Inert Gas »), soudage laser ou soudage par résistance, ou par brasage. Cette plaque 110 est engagée dans l'encoche 90, en particulier dans le tronçon de fond 97 de l'encoche 90, perpendiculairement à l'axe de pivotement P-P', de sorte qu'un premier bord 112 de la plaque 110 dépasse hors de l'encoche 90 relativement à 30 l'une des grandes faces 40, un deuxième bord 114 opposé dépassant hors de l'encoche 90 relativement à l'autre grande face 42 ; le premier bord 112 constitue ainsi la première portion en saillie 102 de l'organe de stabilisation 100, et le deuxième bord 114 constitue la deuxième portion en saillie 104 de l'organe de stabilisation 100. Avantageusement, la plaque 110 est issue du même flan de métal que celui ayant 35 servi à la réalisation du volet 36. 8 La variante de la Figure 6 se distingue de la première variante décrite plus haut uniquement en ce que la broche 54 ne comprend pas de gorge 88 ménagée dans la face d'appui 84 de la broche 54. La face d'appui 84 de la broche 54 est alors continue. Quant à la variante de la Figure 7, elle se distingue de cette deuxième variante en 5 ce que la face d'appui 84 de la broche 54 n'est pas orthogonale à l'axe de pivotement P- P' mais inclinée relativement à ce dernier lorsque ladite face d'appui 84 est vue suivant un plan perpendiculaire aux grandes faces 40, 42 du volet 36. Ladite face d'appui 84 forme alors avec l'axe de pivotement P-P' un angle minimal compris entre 30° et 60°, et de préférence compris entre 40° et 50°. 10 Cette variante permet de maintenir la broche 54 en appui contre l'une des faces 40, 42 du volet 36 et évite que la broche 54 ne se déplace relativement au volet 36 suivant une direction orthogonale aux faces 40, 42. Grâce à l'invention décrite ci-dessus, la broche 54 est empêchée de pivoter relativement au volet 36 autour de tout axe orthogonal à l'axe de pivotement P-P'. Ainsi, 15 les bruits de cliquetis sont évités. En outre, cet effet technique est obtenu d'une manière particulièrement simple et économique, REVENDICATIONS1.- Vanne (24) comprenant un volet (36), un corps de vanne (26) tubulaire définissant un passage de circulation (28) des gaz d'échappement, et un dispositif de guidage (37) du volet (36) relativement au corps de vanne (26) pour permettre le pivotement du volet (36) relativement au corps de vanne (26) autour d'un axe de pivotement (P-P') entre une position d'obturation et une position de libération du passage de circulation (28) des gaz d'échappement, le volet (36) présentant deux grandes faces (40, 42) sensiblement parallèles l'une à l'autre et reliées l'une à l'autre par une tranche (44) du volet (36), le dispositif de guidage comprenant une broche (54) comportant : - une extrémité distale (80), traversée par l'axe de pivotement (P-P'), en appui contre le corps de vanne (26), et un socle (82) qui : - définit une face d'appui (84) opposée à l'extrémité distale (80) et traversée par l'axe de pivotement (P-P'), et - présente au moins une fente (86) dans laquelle est reçue la tranche (44) du volet (36), caractérisée en ce que la vanne (24) comprend également un organe de stabilisation (100) solidaire du volet (36), ledit organe de stabilisation (100) présentant deux portions en saillie (102, 104) faisant chacune saillie à l'opposé de l'axe de pivotement (P-P') relativement à une grande face (40, 42) respective du volet (36), chaque portion en saillie (102, 104) étant en contact avec la face d'appui (84) de la broche (54). 2.- Vanne (24) selon la revendication 1, dans laquelle la ou chaque portion en saillie (102, 104) présente une face de support (106, 108) en contact avec la face d'appui (84) de la broche (54), ladite face de support (106, 108) étant sensiblement plane. 3.- Vanne (24) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la face d'appui (84) de la broche (54) est sensiblement plane. 4.- Vanne (24) selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, dans laquelle la face de support (106, 108) est sensiblement parallèle à la face d'appui (84) de la broche (54). 5.- Vanne (24) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la face d'appui (84) de la broche (54) est sensiblement orthogonale à l'axe de pivotement (P-P'). 6.- Vanne (24) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la face d'appui (84) de la broche (54) est inclinée relativement à l'axe de pivotement (P-P'), ladite face d'appui 10 (84) formant avec l'axe de pivotement (P-P') un angle minimal compris entre 30° et 60°, de préférence compris entre 40° et 50°. 7.- Vanne (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fentes (86) sont au nombre de deux, chaque fente (86) étant sensiblement 5 parallèle à l'axe de pivotement (P-P'). 8.- Vanne (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le volet (36) présente une encoche (90) dans laquelle est partiellement logée la broche (54). 9.- Vanne (24) selon la revendication 8, dans laquelle l'organe de stabilisation 10 (100) est engagé dans l'encoche (90), en particulier dans le tronçon de fond large (97) de l'encoche (90). 10.- Vanne (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la largeur (L) de la ou chaque fente (86) est supérieure à celle de la tranche (44) du volet (36). 15 11.- Vanne (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la broche (54) a un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du volet (36). 12.- Ligne d'échappement de véhicule automobile (10) comprenant une vanne (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20 13.- Véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement de véhicule automobile (10) selon la revendication 12.