Brevet FR3104665A1 — publié le 20210618

TITRE : Vanne d’échappement automobile L’invention concerne une vanne d’échappement automobile, notamment pour moteur à combustion automobile et plus particulièrement un mode de réalisation de la mise en œuvre de l’obturation du passage des gaz. Le corps de vanne (1) définissant un passage de circulation de gaz selon un axe longitudinal (X) est composé uniquement de deux demi-corps identiques (2, 3) dont les axes (In2, In3), parallèles à l’axe longitudinal (X), sont décalés radialement, afin de définir à l’intérieur du corps de vanne (1) deux sièges (7, 8) sur lesquels les faces (9a, 10a) du volet (6) viennent, en position fermée, en contact plan. Ligne d’échappement équipée d’une telle vanne. Véhicule équipé d’une telle ligne d’échappement. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Vanne d’échappement automobile L’invention concerne le domaine des vannes pilotées d’échappement, notamment pour moteur à combustion automobile. Il est connu de réaliser de telles vannes comprenant un corps cylindrique disposé dans le passage des gaz d’échappement, un premier manchon cylindrique disposé dans une première moitié axiale du corps cylindrique et un second manchon cylindrique disposé dans une deuxième moitié axiale du corps cylindrique, un volet en forme de disque plat et aux bords biseautés disposé à l’intérieur des deux manchons, mobile autour d’un axe de rotation perpendiculaire à l’axe de passage des gaz entre une position d’obturation du passage de circulation des gaz d’échappement et une position de libération du passage de circulation des gaz d’échappement. Les deux manchons ont des axes parallèles au passage de gaz qui sont radialement décalés l’un par rapport à l’autre et présentent chacun des faces internes, qui sont en butée l’une contre l’autre pour former deux épaulements intérieurement aux deux manchons, épaulements définissant un premier siège et second siège circulaires, dont la largeur maximale est celle de l’épaisseur de la paroi du manchon. En position fermée, le volet a ses bords biseautés en appui contre les arrêtes des premier et second sièges définis par les manchons. Ce mode de réalisation présente les inconvénients d’un coût élevé, par d’une part, l’utilisation de trois pièces pour former le corps de vanne : un corps cylindrique ainsi que deux manchons formant les butées du volet et d’autre part, la nécessité d’usinage précis et coûteux du volet pour obtenir des bords biseautés. Egalement, la largeur maximale des sièges, limitée à l’épaisseur de la paroi du manchon, ne permet pas d’assurer un contact plan assez grand entre la butée et le volet. Cela présente l’inconvénient de limiter la surface de contact et donc de réduire l’efficacité de l’obturation en termes d’étanchéité au gaz. Par ailleurs, le contact assuré entre un tel épaulement et un volet aux bords biseautés est un contact linéique qui, en pratique, dû aux écarts de forme des pièces en contact, est peu étanche. Selon un autre mode de réalisation, de telles vannes comportent un joint plat disposé dans le conduit et un élément de maintien du joint plat et le volet comprend deux faces planes, afin, en position fermée, de venir en contact plan avec la surface du joint. Ce genre de volet peut avoir une forme présentant deux paires de faces opposées, dont l’une des paires de faces opposées est parallèle à l’autre paire de faces opposées et se situe dans un plan différent de l’autre paire de faces opposées. Ce volet est généralement obtenu par l’adjonction de deux plaques métalliques, fixées ensemble par exemple par soudage ou vissage. Ce mode de réalisation présente l’inconvénient d’un coût élevé, par d’une part, l’utilisation de quatre pièces pour former le corps de vanne : un corps cylindrique, un joint et deux manchons enserrant le joint et d’autre part, la nécessité d’assemblage par soudage et ou vissage du volet. Cela présente également l’inconvénient que le joint est susceptible, au fil de l’utilisation dans le flux de gaz d’échappement, dont la température peut monter, dans le domaine de l’automobile, jusqu’à 850°C, d’être soumis à des contraintes thermiques ayant pour conséquence de le déformer et ainsi de réduire à néant l’étanchéité du système car le contact plan entre le volet en position fermée et le joint ne peut plus être assuré. L’ajout d’un joint à l’intérieur du corps de vanne présente également l’inconvénient de faire appel à des procédés de fabrication et d’assemblage précis et coûteux. Selon encore un autre mode de réalisation, de telles vannes ont des corps avec sièges faisant office de butées du volet, issus de fonderie ou encore obtenus par usinage. Ce mode de réalisation est très coûteux et induit généralement une masse de la vanne assez élevée. Le marché automobile étant de plus en plus exigeant en termes de compétitivité et de réduction d’émissions de polluants, il est aujourd’hui très important de proposer des produits à coût et masse réduits, problème auquel l’art antérieur cité supra ne répond pas. Afin de résoudre ces problèmes, l’invention propose une conception simplifiée, peu coûteuse et robuste de l’ensemble de la vanne. Pour cela, le corps de vanne définissant un passage de circulation de gaz est composé uniquement de deux demi-corps identiques. L’invention a pour objet une vanne pour dispositif d’échappement, comportant un corps de vanne définissant un passage de circulation de gaz d’échappement selon un axe longitudinal, et un volet sensiblement plan, rotatif autour d’un axe de rotation perpendiculaire à l’axe longitudinal entre une position d’obturation du passage de circulation des gaz d’échappement et une position de libération du passage de circulation des gaz d’échappement, comprenant deux faces parallèles opposées diamétralement relativement à l’axe de rotation, lequel corps de vanne comporte deux demi-corps identiques, agencés symétriquement l’un de l’autre par rapport à l’axe de rotation, chaque demi-corps comprenant une partie tubulaire d’axe respectif, lesquels deux demi-corps étant disposés de manière à ce que leur axe respectif soit parallèle entre eux, et décalés radialement de part et d’autre de l’axe de rotation, où chaque partie tubulaire est terminée par un collet et que les demi-corps sont disposés tête-bêche de manière à ce que leur collet soit en appui l’un contre l’autre, une partie de chaque collet dégagée par le décalage entre les axes, formant un premier et un second sièges opposés diamétralement relativement à l’axe de rotation et comprenant chacun une surface d’appui comprise dans un même plan. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : le volet est conformé de telle manière à ce que chacune des deux faces du volet, présente respectivement, en position d’obturation, une partie plane orientée parallèlement à une surface d’appui d’un siège de manière à présenter un contact plan avec ladite surface d’appui du siège dans le même plan ; chaque collet comprend un contour extérieur centré sur l’axe longitudinal ; les axes des parties tubulaires sont décalés l’un de l’autre d’une distance plus grande que l’épaisseur de matière formant chaque demi-corps ; chaque demi-corps comprend une tôle découpée et/ou emboutie ; le volet comprend une tôle découpée et/ou emboutie. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne une ligne d’échappement comprenant une telle vanne. Selon un troisième aspect, l’invention concerne un véhicule comprenant une telle ligne d’échappement. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : montre en vue perspective une vanne, montre en vue de face un corps de vanne sans volet, montre en vue de dos un demi-corps, montre en vue en coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation deux demi-corps, montre une vue en coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du corps de vanne sans le volet, montre une vue en coupe dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du corps de vanne avec le volet et la tige d’actionnement,[Fig. 7] montre en vue perspective un volet, montre en vue de dessus un volet. Selon un premier mode de réalisation, une vanne, telle qu’illustrée à la figure 1, comporte un corps de vanne 1 définissant un passage de circulation de gaz d’échappement selon un axe longitudinal X, et un volet 6 sensiblement plan, rotatif autour d’un axe de rotation R perpendiculaire à l’axe longitudinal X entre une position d’obturation du passage de circulation des gaz d’échappement où le plan du volet est sensiblement perpendiculaire à l’axe X et une position de libération du passage de circulation des gaz d’échappement où le plan du volet est sensiblement parallèle à l’axe X. Le volet 6 comprend deux faces 9a, 10a plus particulièrement illustrées à la figure 6, parallèles et opposées diamétralement relativement à l’axe de rotation R. La face 9a, 10a du volet 6 présente, tel qu’illustré par les figures 7 et 8, une partie plane 19a, 20a, qui dans la position d’obturation du volet 6, vient respectivement en contact plan avec la surface d’appui 17, 18 du siège 7, 8. Le corps de vanne comporte également deux demi-corps 2, 3 avantageusement identiques, plus particulièrement illustrés aux figures 2 et 3. La vanne 1 telle qu’illustrée comprend également une tige 4 d’actionnement du volet 6, fixé à celui-ci à une extrémité et entraîné à son autre extrémité par un actionneur non représenté, lui-même fixé au corps de vanne sur les supports de fixation 5 et un palier de guidage 11 de la tige 4 fixé entre les deux demi-corps 2 et 3. Les fixations évoquées peuvent être réalisées par tout moyen, par exemple soudage, collage ou vissage. L’identité entre les deux demi-corps 2, 3 permet de limiter la diversité des pièces produites et ainsi de réduire le coût de chaque pièce en utilisant un outil unique pour la fabrication des deux pièces. Avantageusement, ces demi-corps 2, 3 sont des pièces, par exemple en métal, embouties, et/ou découpées à la presse (ou par pressage). Ce procédé de fabrication permet de réduire encore le coût des vannes produites. Les deux demi-corps 2, 3 sont agencés symétriquement l’un de l’autre par rapport à l’axe de rotation R. Chaque demi-corps 2, 3 comprend une partie tubulaire 22, 23 d’axe respectif In2, In3. Les deux demi-corps 2, 3 sont disposés de manière à ce que leur axe respectif In2, In3 soient parallèles entre eux, et avantageusement décalés radialement de part et d’autre de l’axe de rotation R. Encore avantageusement, le fait que chaque demi-corps 2, 3 soit formé d’un seul bloc, permet d’augmenter la solidité et la robustesse de la pièce ainsi que de l’ensemble du corps de vanne 1. Comme illustré par les figures 4 et 5, chaque partie tubulaire 22, 23 est terminée par un collet 12, 13. Les demi-corps 2, 3 sont disposés de manière à ce que leur collet 12, 13 soit en appui l’un contre l’autre. Une partie de chaque collet 12, 13, dégagée par le décalage entre les axes In2, In3, forme avantageusement un premier et un second sièges 7, 8 opposés diamétralement relativement à l’axe de rotation R. Chaque siège 7, 8 comprend une surface d’appui 17, 18, comprise dans un même plan P. Aucune pièce supplémentaire n’est utilisée pour créer les deux sièges 7, 8. Ceci réduit les étapes de production et donc le coût du corps de vanne 1. De plus, les sièges 7, 8 ainsi créés présentent une surface d’appui 17, 18 avantageusement plane apte à servir de butée à la partie plane 19a, 20a de la face 9a, 10a correspondante du volet 6 dans sa position d’obturation. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 6, le volet 6 est conformé de telle manière à ce que chacune des deux faces 9a, 10a du volet 6, présente respectivement, en position d’obturation, une partie plane 19a, 20a orientée parallèlement à une surface d’appui 17, 18 d’un siège 7, 8 de manière à présenter un contact plan avec ladite surface d’appui 17, 18 dans le plan P. Ceci permet d’assurer une étanchéité au passage des gaz améliorée. Comme illustré aux figures 1, 7 et 8, le volet 6 comporte au moins deux faces diagonalement opposées 9a, 10a, symétriquement opposées par rapport à l'axe de rotation R. Les faces 9a, 10a présentent avantageusement des parties planes 19a, 20a comprises dans le même plan. Cette conformation du volet 6 permet d’assurer, en position d’obturation, le contact plan avec les faces d’appui 17, 18 des sièges 7, 8, eux-mêmes coplanaires du plan P. Selon un troisième mode de réalisation illustré à la figure 4, chaque collet 12, 13 comprend un contour extérieur 32, 33 centré sur l’axe longitudinal X, ce qui lui confère un encombrement minimum et lui permet d’être superposé avec le contour extérieur de l’autre collet en regard. Selon un quatrième mode de réalisation plus particulièrement illustré aux figures 4 et 5, les axes In2, In3 sont décalés l’un de l’autre d’une distance plus grande que l’épaisseur e de matière formant chaque demi-corps 2, 3. Ce décalage entre les axes In2 et In3 est égal à la profondeur pr des sièges 7, 8 tels qu’illustrés en figure 5. La profondeur pr est représentée plus grande que l’épaisseur e de la matière constituant les demi-corps 2 et 3, mais il peut être également envisagé un mode de réalisation où la profondeur pr est égale ou inférieure à l’épaisseur e. Avantageusement, le mode de réalisation préféré est défini par une profondeur pr plus grande que l’épaisseur e, typiquement, de deux à quatre fois plus grande et de préférence de deux à trois fois plus grande, afin d’avantageusement augmenter la surface de contact entre la partie plane 19a, 20a d’une face 9a, 10a du volet 6 et la surface d’appui 17, 18 d’un siège 7, 8, comme illustré à la figure 6. Ainsi, lorsque le volet 6 est fermé contre les sièges 7, 8, l’étanchéité au passage des gaz s’en trouve nettement améliorée. Selon un cinquième mode de réalisation et comme illustré aux figures 1 à 6, chaque demi-corps 2, 3 est avantageusement réalisé par une unique tôle découpée et/ou emboutie. Ce procédé d’obtention permet une fabrication d’une pièce à l’épaisseur relativement limitée, généralement inférieure à 3 mm, de préférence inférieure à 2 mm et encore plus de préférence inférieure ou égale à 1,5 mm. Cette faible épaisseur permet avantageusement de réduire la masse de l’ensemble du corps de vanne 1, ceci permettant de répondre à l’exigence croissante du marché automobile de réduction de la masse des véhicules et par conséquent du niveau d’émissions polluantes. Selon un sixième mode de réalisation illustré à la figure 7, le volet 6 est avantageusement réalisé par une unique tôle découpée et/ou emboutie par pressage, ne requérant pas l’assemblage de plusieurs pièces pour sa fabrication. Ce procédé de fabrication permet de réduire encore le coût des pièces produites. Par ailleurs, le procédé d’obtention du volet 6 par emboutissage et ou découpage permet une fabrication de pièce à l’épaisseur relativement limitée, généralement inférieure à 3 mm, de préférence inférieure à 2 mm et encore plus de préférence inférieure ou égale à 1,5 mm. Cette faible épaisseur permet avantageusement de réduire la masse de l’ensemble du corps de vanne 1, ceci permettant de répondre à l’exigence croissante du marché automobile de réduction de la masse des véhicules et par conséquent du niveau d’émissions polluantes. 1 : corps de vanne 2 : demi-corps composant le corps de vanne 1 3 : demi-corps composant le corps de vanne 1 4 : tige d’actionnement du volet 6 5 : supports de fixation d’un actionneur 6 : volet 7 : bord de demi-corps 2 définissant un premier siège 8 : bord de demi-corps 3 définissant un deuxième siège 9a : face du volet 6 9b : face du volet 6 10a : face du volet 6 10b : face du volet 6 11 : palier de guidage de la tige d’actionnement 4 12 : collet du demi-corps 2 13 : collet du demi-corps 3 17 : surface d’appui du premier siège 7 18 : surface d’appui du deuxième siège 8 19a : partie plane de la face 9a du volet 6 20a : partie plane de la face 10a du volet 6 22 : partie tubulaire du demi-corps 2 23 : partie tubulaire du demi-corps 3 32 : contour extérieur du demi-corps 2 33 : contour extérieur du demi-corps 3 e : épaisseur de la matière formant les demi-corps de vanne 2, 3 pr : profondeur des sièges 7, 8 P : plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X, confondu avec les parties planes 19a et 20a du volet 6 R : axe de rotation du volet 6 X : axe de passage des gaz In2 : axe de passage des gaz défini par la partie tubulaire 22 du demi-corps 2 In3 : axe de passage des gaz défini par la partie tubulaire 23 du demi-corps 3 Vanne pour dispositif d’échappement, comportant un corps de vanne (1) définissant un passage de circulation de gaz d’échappement selon un axe longitudinal (X), et un volet (6) sensiblement plan, rotatif autour d’un axe de rotation (R) perpendiculaire à l’axe longitudinal (X) entre une position d’obturation du passage de circulation des gaz d’échappement et une position de libération du passage de circulation des gaz d’échappement, comprenant deux faces (9a, 10a) parallèles opposées diamétralement relativement à l’axe de rotation (R), lequel corps de vanne comporte deux demi-corps (2, 3) identiques, agencés symétriquement l’un de l’autre par rapport à l’axe de rotation (R), chaque demi-corps (2, 3) comprenant une partie tubulaire (22, 23) d’axe respectif (In2, In3), lesquels deux demi-corps (2, 3) étant disposés de manière à ce que leurs axes respectifs (In2, In3) soient parallèles entre eux, et décalés radialement de part et d’autre de l’axe de rotation (R), caractérisée en ce que chaque partie tubulaire (22, 23) est terminée par un collet (12, 13) et que les demi-corps (2, 3) sont disposés tête-bêche de manière à ce que leur collet (12, 13) soit en appui l’un contre l’autre, une partie de chaque collet (12, 13) dégagée par le décalage entre les axes (In2, In3), formant un premier et un second sièges (7, 8) opposés diamétralement relativement à l’axe de rotation (R) et comprenant chacun une surface d’appui (17, 18) comprise dans un même plan (P). Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le volet (6) est conformé de telle manière à ce que chacune des deux faces (9a, 10a) du volet (6), présente respectivement, en position d’obturation, un partie plane (19a, 20a) orientée parallèlement à une surface d’appui (17, 18) d’un siège (7, 8) de manière à présenter un contact plan avec ladite surface d’appui (17, 18) dans le plan (P). Vanne selon la revendication 1 ou 2, où chaque collet (12, 13) comprend un contour extérieur (32, 33) centré sur l’axe longitudinal (X). Vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes, où les axes (In2, In3) sont décalés l’un de l’autre d’une distance plus grande que l’épaisseur (e) de matière formant chaque demi-corps (2, 3). Vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes, où chaque demi-corps (2, 3) comprend une tôle découpée et/ou emboutie. Vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le volet (6) comprend une tôle découpée et/ou emboutie. Ligne d’échappement caractérisée en ce qu’elle comprend une vanne selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule caractérisé en ce qu’il comprend une ligne d’échappement selon la revendication précédente.