FR2916254A3

FR2916254A3 - Electrovalve a grand nombre de manoeuvres

Info

Publication number: FR2916254A3
Application number: FR0703527A
Authority: FR
Inventors: Andre Caligara
Original assignee: Parker Lucifer SA
Current assignee: Parker Hannifin Manufacturing Switzerland SA
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-21
Anticipated expiration: 2013-05-16
Also published as: FR2916254B3

Abstract

Buse pour électrovalve, comprenant une partie centrale conique (3) autour d'un conduit (6) pour la circulation d'un fluide, la partie centrale conique se terminant par une extrémité (8) de surface arrondie adaptée pour accueillir un clapet (1), caractérisée en ce qu'elle comprend une surface d'appui (5) formant une butée adaptée pour recevoir un clapet lors de la fermeture de l'électrovalve.

Description

1 L'invention concerne une buse et une électrovalve à clapet intégrant

ladite buse.

Selon une solution courante de l'art antérieur, une valve comprend une buse conique rigide, en métal par exemple, définissant une ouverture centrale pour le passage d'un fluide, sur laquelle peut venir en appui un clapet en matériau plus souple et déformable, comme un caoutchouc par exemple, afin d'obtenir l'obturation étanche de l'ouverture pour fermer la valve. Cette solution présente l'inconvénient d'une usure rapide du clapet du fait de sa déformation suite aux efforts importants qu'il subit. Elle n'est donc pas adaptée à un grand nombre de manoeuvres.

L'invention a pour but de proposer une électrovalve à clapet de grande durée de vie.

L'invention repose sur une buse pour électrovalve, comprenant une partie centrale conique autour d'un conduit pour la circulation d'un fluide, la partie centrale conique se terminant par une extrémité de surface arrondie adaptée pour accueillir un clapet, caractérisée en ce qu'elle comprend une surface d'appui formant une butée adaptée pour recevoir un clapet lors de la fermeture de l'électrovalve. La surface d'appui peut être répartie sur la circonférence de la buse pour permettre un équilibrage de la position d'un clapet en appui dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse.

La surface d'appui peut se présenter sous une structure annulaire centrée sur l'axe du conduit. Elle peut aussi présenter au moins un canal d'évacuation permettant l'évacuation du fluide positionné dans l'espace entre le cône de la buse et la surface d'appui. Selon un mode d'exécution, 1.H372.12FR.24 dépôt

2 elle peut présenter plusieurs canaux d'évacuation formés par des troncatures de la surface d'appui, symétriquement réparties sur la circonférence de l'anneau d'appui. La section totale des canaux d'évacuation est avantageusement supérieure ou égale à la section de l'espace annulaire. L'invention porte sur une buse qui présente un décalage entre un plan d'appui défini par la surface d'appui et un plan d'étanchéité défini par le sommet du cône. Selon une réalisation intéressante, la distance entre la surface d'appui et le sommet du cône est inférieure ou égale à 0.5 millimètre. Cette distance entre la surface d'appui et le sommet du cône peut être comprise entre 0.1 et 0.2 millimètre. Selon un mode d'exécution, le cône de la buse présente un angle d'environ 45 degrés. Le conduit peut présenter un diamètre d'environ 1.5 millimètre, la surface d'appui se présentant sous la forme d'une structure annulaire présentant une surface supérieure horizontale de largeur environ 0.3 millimètre et disposée à environ 2.2 millimètres du centre du conduit. L'invention porte aussi sur une électrovalve comprenant une buse telle 20 que décrite précédemment. Le clapet de l'électrovalve peut être mobile le long de l'axe de la buse de sorte d'occuper une position de fermeture de l'électrovalve dans laquelle une zone déformable vient en appui sur l'extrémité du cône, une autre zone se trouvant simultanément en butée sur la surface d'appui de la 25 buse. 1.H372.12FR.24 dépôt La surface d'appui annulaire est avantageusement supérieure à la surface de contact entre l'extrémité du cône de la buse et la zone de contact d'étanchéité du clapet.

La buse peut être dans un matériau très rigide alors que le clapet est dans un matériau plus souple ductile.

Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une partie d'une valve selon le concept de l'invention ; la figure 2 représente une vue en coupe d'une buse selon un mode d'exécution de l'invention ; la figure 3 représente une vue de dessus d'une buse selon un mode d'exécution.

La figure 1 illustre schématiquement une électrovalve fermée selon le concept de l'invention, dans laquelle les dimensions sont volontairement exagérées pour faciliter la compréhension. La valve repose sur un clapet 1 et une buse 2, la buse comprenant une partie centrale conique 3 et une partie latérale 4 présentant une surface d'appui 5, distincte de la partie centrale conique 3 pour le clapet 1, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse. La partie centrale conique 3 de la buse entoure un conduit central 6 prévu pour la circulation d'un fluide, dont l'extrémité 7 peut être fermée ou ouverte par le clapet 1 mobile verticalement. L'extrémité supérieure 8 du cône 3 entourant le conduit 6 est arrondie 8, obtenue par une légère troncature du cône. 1.H372. 12FR. 24 dépôt

4

Lors de la fermeture de l'électrovalve, le clapet 1 vient en appui sur la buse 2 pour fermer de manière étanche le conduit central 6. Une première zone 9 du clapet vient en appui sur le sommet 8 du cône central 3 de la buse et se déforme pour épouser une partie de sa surface arrondie supérieure, afin de garantir l'étanchéité. Simultanément, une seconde zone 10 du clapet 1 concentrique au conduit central 6 vient en appui sur la surface d'appui horizontale 5 de la buse.

La fonction de cette surface d'appui est une fonction de butée pour le clapet, qui permet de limiter son mouvement vers le bas et donc de limiter les contraintes mécaniques subies au niveau de la zone 9 en appui sur le sommet du cône 8, ce qui induit une réduction du fluage de la matière du clapet dû à la fatigue, notamment au niveau de sa zone de déformation 9.

La dimension h définit la différence de hauteur entre le sommet 8 du cône et la surface d'appui 5, et représente une donnée significative dans le cas d'un clapet de surface plane. Elle représente aussi la déformation de la zone 9 du clapet qui se présente sous la forme d'un cône concave de forme correspondant au sommet de la buse 8 et de profondeur h. La déformation de la zone 9 du clapet 1 sur la buse est nécessaire pour garantir l'étanchéité de l'électrovalve. Finalement, cette hauteur h représente un compromis optimal entre l'obtention d'une bonne étanchéité et une réduction de l'usure du clapet. Elle dépend des matériaux utilisés, de la géométrie du cône 3 de la buse, du fluide et de la pression du fluide qui doit circuler dans le conduit 6 et donc de l'application précise de la valve.

Les figures 2 et 3 illustrent plus particulièrement à titre d'exemple l'implémentation du concept présenté ci-dessus à une électrovalve destinée au domaine de l'automobile, implémentée sur le circuit 1. H3 72. 12FR. 24 dépôt d'échappement d'un véhicule automobile pour permettre l'injection d'urée dans les gaz d'échappement dans le cadre de la mise en oeuvre des procédés de dépollution tels que définis par les normes Euro 4 et 5 par exemple. Une telle valve est donc appliquée à la circulation d'urée entre 8 et 15 bars, traversant le conduit 6 de la valve de diamètre égal à 1.5 millimètre. La figure 2 illustre une vue en coupe selon un plan vertical passant au centre de la valve. La figure 3 illustre une vue de dessus, qui montre la structure cylindrique du dispositif. Le même concept pourrait aussi être implémenté au niveau de l'injection de carburant, diesel par exemple.

Le cône 3 de la buse présente un angle de 45 degrés, et sa surface supérieure 8 présente une surface arrondie d'angle de courbure sensiblement égal à 0.15 millimètre. La distance h entre la surface d'appui latérale 5 et le sommet du cône 8 est choisie à 0.15 millimètre. Toute dimension entre 0.1 et 0.2 millimètre convient particulièrement bien, et on peut choisir plus largement une hauteur inférieure à 0.5 millimètre pour obtenir une performance intéressante de la valve. Cette hauteur h dépend essentiellement du matériau du clapet : plus ce dernier est dur, plus il est possible de réduire cette hauteur. La surface d'appui 5 se présente sous la forme d'un anneau circulaire de rayon égal à environ 2.2 millimètres, centré sur l'axe du conduit 6, de largeur égale à 3 millimètres, formant ainsi une surface globale horizontale de grande dimension en comparaison de la surface de la pointe 8 de la buse. Cette répartition de la surface d'appui sur la circonférence de la valve permet de plus de garantir un bon équilibrage du positionnement du clapet dans un plan horizontal lorsqu'il vient en appui sur cette surface dans sa position de fermeture, ce qui améliore la fiabilité de la valve et donc sa performance. Cette surface d'appui annulaire 5 est supérieure à la surface de contact entre l'extrémité du cône 8 de la buse et le clapet 9. Elle pourrait avoir une autre géométrie 1.H372.12FR.24 dépôt

6 que celle représentée. Par exemple, elle pourrait se présenter sous la forme de portions d'anneaux seulement, concentriques autour du conduit central 6. Selon une variante intéressante, une ou plusieurs rainures peuvent être prévues sur la surface d'appui pour limiter les effets de collage du clapet sur cette surface. Enfin, la buse est dans un matériau métallique alors que le clapet se trouve dans un polymère, par exemple du FKM, du EPDM, ou du NBR.

La valve présente de plus des canaux d'évacuation 12 formés par des troncatures au sein de la surface d'appui annulaire 5 pour permettre l'évacuation du fluide positionné dans l'espace 11 entre le cône 3 de la buse et la surface d'appui 5 pour empêcher le phénomène de frein hydraulique s'opposant à la fermeture du clapet, ce qui garantit de ne pas augmenter le temps de réponse en fermeture de l'électrovalve. Pour cela, la section totale des canaux d'évacuation 12, répartis dans cet exemple en huit canaux positionnés tous les 45 degrés, est supérieure ou égale à la section de l'espace annulaire 11. Leur répartition sur toute la circonférence de la valve facilite aussi l'évacuation. Toute autre variante permettant cette évacuation serait aussi possible.

L'implémentation décrite ci-dessus permet de plus que doubler la durée de vie de la valve.

La valve a été décrite dans une application automobile mais le concept de l'invention est aussi efficace pour des applications totalement différentes exigeant un nombre de manoeuvres élevé, supérieur à 100 millions par exemple.

Le concept d'une telle électrovalve peut être implémenté avec des buses 30 et/ou des clapets présentant des géométries différentes. Par exemple, 1. H3 72. 12FR. 24 dépôt

7 l'angle du cône de la buse peut varier, la surface inférieure du clapet peut ne pas être dans un même plan, la surface d'appui peut présenter d'autres géométries. Dans la grande majorité des cas, il y aura un décalage entre un plan d'appui, dans lequel se trouve la surface d'appui 5, et un plan d'étanchéité, dans lequel se trouve le sommet du cône de la buse. De plus, les matériaux aussi seront adaptés à l'application donnée. La buse sera toujours dans un matériau très rigide, métallique ou à base de matériaux plastiques très rigides, alors que le clapet sera peu rigide et ductile, comme un élastomère par exemple. Toutefois, ces deux éléments peuvent avoir des propriétés variant dans des fourchettes importantes, tout en restant compatibles avec une mise en oeuvre efficace du concept de l'invention. Par exemple, la buse peut être construite dans des matériaux présentant un module de Young entre 1000 et 2100 Mpa, une résistance à la traction entre 3.4 et 7 Mpa. Le clapet peut être construit dans des matériaux présentant un module de Young entre 350 et 700 Mpa, une résistance à la traction entre 0.15 et 0.35 MPa et une élongation à la rupture entre 200% et 600 %.

Ainsi, le dispositif décrit ci-dessus permet bien d'atteindre l'objet recherché d'une augmentation significative de la durée de vie de la valve par une limitation de l'usure du clapet. La solution présente de plus les avantages supplémentaires suivants : -elle est compatible avec les clapets existants, -elle garantit un bon positionnement du clapet et induit une meilleure 25 performance de la valve. 1.H372.12FR.24 dépôt

Claims

Revendications

: 1. Buse pour électrovalve, comprenant une partie centrale conique (3) autour d'un conduit (6) pour la circulation d'un fluide, la partie centrale conique se terminant par une extrémité (8) de surface arrondie adaptée pour accueillir un clapet (1), caractérisée en ce qu'elle comprend une surface d'appui (5) formant une butée adaptée pour recevoir un clapet lors de la fermeture de l'électrovalve.
2. Buse pour électrovalve selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'appui (5) est répartie sur la circonférence de la buse pour permettre un équilibrage de la position d'un clapet en appui dans un plan perpendiculaire à l'axe de la buse.
3. Buse pour électrovalve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface d'appui (5) se présente sous une structure annulaire centrée sur l'axe du conduit (6).
4. Buse pour électrovalve selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface d'appui annulaire présente au moins un canal d'évacuation (12) permettant l'évacuation du fluide positionné dans l'espace (11) entre le cône (3) de la buse et la surface d'appui (5).
5. Buse pour électrovalve selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle présente plusieurs canaux d'évacuation formés par des troncatures de la surface d'appui (5), symétriquement réparties sur la circonférence de l'anneau d'appui (5). 1.H372.12FR.24 dépôt 8 9
6. Buse pour électrovalve selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la section totale des canaux d'évacuation est supérieure ou égale à la section de l'espace annulaire (11).
7. Buse pour électrovalve selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle présente un décalage entre un plan d'appui défini par la surface d'appui (5) et un plan d'étanchéité défini par le sommet du cône (3).
8. Buse pour électrovalve selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la distance (h) entre la surface d'appui (5) et le sommet (8) du cône est inférieure ou égale à 0.5 millimètre.
9. Buse pour électrovalve selon la revendication précédente caractérisée en ce que la distance (h) entre la surface d'appui (5) et le sommet (8) du cône est comprise entre 0.1 et 0.2 millimètre.
10. Buse pour électrovalve selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le cône (3) de la buse présente un angle d'environ 45 degrés.
11. Buse pour électrovalve selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le conduit (6) présente un diamètre d'environ 1.5 millimètre, la surface d'appui (5) se présentant sous la forme d'une structure annulaire présentant une surface supérieure horizontale de largeur environ 0.3 millimètre et disposée à environ 2.2 millimètres du centre du conduit (6).
12. Électrovalve comprenant une buse (2) selon l'une des revendications précédentes et un clapet (1). 1.H372.12FR.24 dépôt
13. Électrovalve selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le clapet (1) est mobile le long de l'axe de la buse de sorte d'occuper une position de fermeture de l'électrovalve dans laquelle une zone déformable (9) vient en appui sur l'extrémité (8) du cône (3), une autre zone (10) se trouvant simultanément en butée sur la surface d'appui (5) de la buse (2).
14. Électrovalve selon la revendication 12, caractérisée en ce que la surface d'appui annulaire (5) est supérieure à la surface de contact entre l'extrémité du cône (8) de la buse (2) et la zone (9) de contact d'étanchéité du clapet (1).
15. Électrovalve selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que la buse (2) est dans un matériau très rigide alors que le clapet (1) est dans un matériau plus souple ductile. 1.H372.12FR. 24 dépôt