FR3097290A1 - Vanne d’échappement anti-cliquetis - Google Patents

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Abstract

Vanne d’échappement anti-cliquetis Vanne (1) d’échappement, comprenant un corps (2), un arbre (3) rotatif relativement au corps (2), selon un premier axe (A), un clapet (4) solidaire de l’arbre (3), une rotule (7) articulant l’arbre (3) relativement au corps (2) et un moyen d’interface (10) comprenant une prise de force (12), où la prise de force (12) présente un désaxage (D) relativement au premier axe (A). Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Vanne d’échappement anti-cliquetis
La présente invention concerne le domaine des vannes d’échappement. Une vanne d’échappement est typiquement disposée dans une canalisation d’échappement, en aval d’un moteur à combustion interne. Elle est classiquement utilisée :
- en relation avec un piquage de ladite canalisation pour sélectivement prélever au moins une partie des gaz d’échappement vers un circuit de recirculation, en anglais « exhaust gas recirculation » ou EGR,
- en bypass, afin de diriger tout ou partie des gaz d’échappement vers un dispositif de récupération de chaleur,
- en tant que dispositif permettant de générer une contre-pression, dans un but acoustique.
Tel qu’illustré à la figure 1, il est connu de réaliser une vanne 1 d’échappement, comprenant un corps 2, un arbre 3, un clapet 4, deux paliers 5, 6, une rotule et un moyen d’interface 10. Le corps 2 est tubulaire creux, par exemple en forme de cylindre généralisé. Il présente une première section S de passage. Les deux paliers 5, 6 sont disposés et solidarisés, de part et d’autre, diamétralement, dans les parois du corps 2. L’arbre 3 traverse le corps 2 et est engagé de chaque côté, une de ses extrémités dans chacun des deux paliers 5, 6. Ainsi l’arbre 3 peut tourner, relativement au corps 2, autour d’un premier axe A de symétrie de l’arbre 3. Le clapet 4 est solidaire de l’arbre 3 et disposé à l’intérieur du corps 2. Le clapet 4 présente une deuxième section S’ sensiblement identique à la première section S, de manière inférieure. Ainsi, le clapet 4, entraîné par la rotation de l’arbre 3 peut tourner entre une position fermée où la deuxième section S’ du clapet 4 obture la première section S du corps 2 en faisant face au flot de gaz, fermant ainsi la vanne 1 et une position escamotée, sensiblement perpendiculaire à la position fermée, où le clapet 4 présente son épaisseur, faible, face au flot de gaz, laissant passer le gaz et ouvrant ainsi la vanne 1.
Compte tenu d’une utilisation dans une ligne d’échappement, une telle vanne d’échappement 1 est soumise à des températures importantes et surtout à des variations de température présentant de grandes étendues. Aussi, afin d’accommoder les dilatations thermiques différentielles importantes, les liaisons rotatives entre l’arbre 3 et les paliers 5, 6 présentent un jeu important. Ce jeu entraîne un battement de l’arbre 3 dans les paliers 5, 6 pouvant être important. Sous l’effet de vibrations et/ou d’impulsions de pression transmises à l’arbre 3, ce battement entraîne des chocs importants et répétés de l’arbre 3 contre les paliers 5, 6, ou encore du clapet 4 contre corps 2, pouvant être cause d’usure et/ou de rupture desdites pièces en contact et de plus produisant un cliquetis, source de nuisance sonore.
Ledit jeu est encore cause d’une fuite de gaz au niveau des paliers 5, 6. Afin d’assurer une étanchéité au gaz il est connu de disposer une rotule 7 entre l’arbre 3 et le corps 2. Une telle rotule 7, comprend une partie femelle 8 solidaire d’une pièce parmi le corps 2 ou l’arbre 3 et une partie mâle 9 solidaire de l’autre pièce parmi le corps 2 ou l’arbre 3, les deux parties 8, 9 étant disposées de manière à se faire face et à pouvoir venir en contact l’une avec l’autre. Ceci permet, sous l’effet d’un effort, sensiblement aligné avec l’axe A de l’arbre 3, d’appuyer la partie mâle 9 contre la partie femelle 8, et ainsi d’assurer une étanchéité au gaz entre arbre 3 et corps 2. Un tel arrangement permet encore d’accommoder les dilatations thermiques différentielles.
La vanne 1 comprend encore un moyen d’interface 10. Ce moyen d’interface 10, est solidaire de l’arbre 3, le plus souvent disposé en extrémité dudit arbre 3, et apte à transmettre audit arbre 3 les couples et efforts qu’il reçoit. Le moyen d’interface 10 permet typiquement d’interfacer la vanne avec un actionneur. L’actionneur transmet alors un couple de rotation, dans un sens, pour l’ouverture, ou dans un autre sens, pour la fermeture, autour du premier axe A. L’actionneur, par exemple au moyen d’un accouplement comportant un moyen élastique, transmet encore un effort selon le premier axe A, apte à réaliser l’étanchéité au niveau de la rotule 7. Le moyen d’interface 10 est encore apte à transmettre ledit effort selon le premier axe A au moins dans un sens, avantageusement le sens rapprochant les deux parties 8, 9 de la rotule 7, afin d’assurer l’étanchéité. Afin de permettre l’interface avec l’actionneur, le moyen d’interface 10 comprend une prise de force 11 apte à accueillir une prise de force complémentaire liée à l’actionneur de manière à recevoir lesdits couple et/ou effort.
L’inconvénient d’une telle vanne 1 est principalement le battement, avec ses conséquences préjudiciables en termes d’usure mécanique et de nuisance sonore.
Afin de palier l’inconvénient de l’art antérieur cité précédemment, l’invention a pour objet : une vanne d’échappement, comprenant un corps tubulaire creux présentant une première section de passage, un arbre traversant le corps et engagé de chaque côté dans un palier respectif solidaire du corps afin de permettre une rotation de l’arbre, relativement au corps, selon un premier axe de symétrie de l’arbre, un clapet solidaire de l’arbre, disposé dans le corps, présentant une deuxième section sensiblement identique à la première section, une rotule articulant l’arbre relativement au corps et un moyen d’interface, solidaire de l’arbre de manière à transmettre audit arbre tout couple de rotation autour du premier axe et un effort selon le premier axe, le moyen d’interface comprenant une prise de force apte à recevoir lesdits couple et/ou effort, la prise de force présentant un désaxage relativement au premier axe de manière à créer un bras de levier apte à transformer un effort appliqué au moyen d’interface selon le premier axe en un couple autour d’un deuxième axe perpendiculaire au premier axe.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- la rotule comporte une partie femelle telle une partie conique creuse et une partie mâle telle une partie hémisphérique pleine, l’ouverture de la partie femelle faisant face à la partie mâle, l’une des deux parties étant solidaire du corps et l’autre des deux parties étant solidaire de l’arbre et les deux parties étant disposées de manière à venir en contact l’une avec l’autre,
- le couple généré par le désaxage est au moins égal à 0.05 Nm,
- le profil de la prise de force est rectiligne,
- la prise de force est une barre rectiligne ou une encoche rectiligne.
Dans un deuxième aspect, l’invention concerne une ligne d’échappement comprenant une telle vanne.
Dans 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 :
déjà décrite, représente, en vue perspective, une vanne selon l’art antérieur,
représente, en vue perspective, une vanne modifiée selon un premier mode de réalisation de l’invention,
représente en vue de face coupée, une vanne modifiée selon un autre mode de réalisation.
En référence aux figures 2 et 3, une vanne 1 selon l’invention est sensiblement identique à une vanne 1 selon l’art antérieur. La description donnée précédemment dans la partie technique antérieure s’applique intégralement.
Il peut être précisé que la rotule 7 est, le plus souvent, disposée à l’extérieur des deux paliers 5, 6. Le contraire est aussi possible.
De même le moyen d’interface 10 est, le plus souvent, disposé à l’extérieur des deux paliers 5, 6. Le contraire est aussi possible.
Le moyen d’interface 10 est, par exemple tel qu’illustré, disposé du même côté, relativement aux paliers 5, 6, que la rotule 7. Cependant la configuration contraire, où le moyen d’interface 10 est disposé du côté opposé à la rotule 7, est aussi possible.
Les deux parties 8, 9 de la rotule 7 sont avantageusement disposées de manière à se rapprocher l’une de l’autre lorsqu’un effort est exercé sur le moyen d’interface 10 en direction du corps 2. Cependant la configuration contraire, les deux parties 8, 9 de la rotule 7 étant disposées de manière à se rapprocher l’une de l’autre lorsqu’un effort est exercé sur le moyen d’interface 10 en s’éloignant du corps 2, avec un actionneur appliquant un effort s’éloignant du corps 2, en traction, est aussi possible.
Il va maintenant être décrit plus particulièrement les points modifiés par l’invention.
Alors que la prise de force 11 selon l’art antérieur est systématiquement centrée, selon une caractéristique importante de l’invention la prise de force 12 selon l’invention présente un désaxage D relativement au premier axe A. Ceci a pour but de créer un bras de levier. Ce bras de levier permet de transformer un effort F appliqué au moyen d’interface 10 selon le premier axe A en un couple autour d’un deuxième axe B perpendiculaire au premier axe A. En effet, le bras de levier produit par le désaxage D, transforme un effort appliqué selon le premier axe A, via la rotule 7, en un couple autour d’un deuxième axe B perpendiculaire au premier axe A et passant par le centre de la rotule 7. Ce couple a pour effet d’appliquer à l’arbre 3 une rotation centrée sur la rotule 7, autour du deuxième axe B. Cette rotation a pour effet de créer un appui C de l’arbre 3 sur le palier le plus distant de la rotule 7, ici le palier 6. Cet appui C, maintenu par le maintien de l’effort F selon l’axe A, assure un contact maintenu de l’arbre 3 avec ledit pallier le plus distant de la rotule 7 et évite tout choc entre l’arbre 3 et le palier 6 le plus distant de la rotule 7, mais aussi, ce faisant, évite tout choc entre l’arbre 3 et l’autre palier 5, le palier le plus proche de la rotule 7, ici le palier 5. Ainsi l’invention en assurant un contact C maintenu supprime l’inconvénient de l’art antérieur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la rotule 7 comporte une partie femelle 8 telle une partie conique 8 creuse et une partie mâle 9 telle une partie hémisphérique 9 pleine. Ces deux parties sont disposées de manière à ce que l’ouverture de la partie femelle 8 fasse face à la partie mâle 9. Une des deux parties 8, 9 est solidaire du corps 2, tandis que l’autre des deux parties 8, 9 est solidaire de l’arbre 3. Les deux parties 8,9 sont disposées relativement de manière à venir en contact l’une avec l’autre, sous l’effet de l’effort F.
Selon un mode de réalisation, la partie conique 8 est réalisée au moyen d’une rondelle conique. Selon un mode de réalisation, la partie hémisphérique 9 est réalisée au moyen d’une rondelle sphérique.
Selon une autre caractéristique, la partie 8, 9 solidaire du corps 2 est disposée à l’extérieur des paliers 5, 6.
Selon une autre caractéristique, le désaxage D doit être suffisant pour que la partie de l’effort selon le premier axe A « détournée » en couple soit suffisante pour assurer un maintien du contact C entre l’arbre 3 et le pallier distant 6, mais pas exagérément plus importante. En effet tout supplément inutile est préjudiciable en ce qu’il crée un appui C trop important de l’arbre 3 sur le palier distant 6, pouvant être source d’usure augmentée à cet endroit ou encore être cause d’effort de frottement en retour augmenté sur l’actionneur, nécessitant une augmentation de la puissance de ce dernier.
Afin d’assurer la fonction souhaitée de maintien d’un contact entre l’arbre 3 et le palier distant 6, le désaxage D est dimensionné de manière à produire un couple au moins égal à 0,05 Nm.
Selon une autre caractéristique, le profil de la prise de force 12 est rectiligne. Cette caractéristique permet un degré de liberté selon une direction perpendiculaire à un rayon portant le désaxage D, soit selon la direction de la prise de force 12. Ce degré de liberté permet un positionnement automatique de la prise de force de l’actionneur qui vient s’interfacer avec la prise de force 12, en translation selon la direction de la prise de force 12.
Afin de réaliser la caractéristique précédente, la prise de force 12 est une barre rectiligne, soit une forme pleine, ou une encoche rectiligne, soit une forme creuse.
L’orientation de la barre ou encoche rectiligne peut être quelconque relativement à l’orientation du clapet 4.
Selon un autre mode de réalisation, le profil de la prise de force qui reçoit le couple autour du deuxième axe est rectiligne, tandis que le profil de la prise de force recevant l’effort appliqué au moyen d’interface selon le premier axe est ponctuel.
L’invention concerne encore une ligne d’échappement comprenant une telle vanne 1.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
1 : vanne,
2 : corps,
3 : arbre,
4 : clapet,
5, 6 : palier,
7 : rotule,
8 : partie femelle, conique,
9 : partie mâle, hémisphérique,
10 : moyen d’interface,
11 : prise de force selon l’art antérieur,
12 : prise de force selon l’invention,
A : axe de l’arbre,
B : axe perpendiculaire à l’axe A,
C : contact, appui
D : désaxage.

Claims (7)

  1. Vanne (1) d’échappement, comprenant un corps (2) tubulaire creux présentant une première section (S) de passage, un arbre (3) traversant le corps (2) et engagé de chaque côté dans un palier (5, 6) respectif solidaire du corps (2) afin de permettre une rotation de l’arbre (3), relativement au corps (2), selon un premier axe (A) de symétrie de l’arbre (3), un clapet (4) solidaire de l’arbre (3), disposé dans le corps (2), présentant une deuxième section (S’) sensiblement identique à la première section (S), une rotule (7) articulant l’arbre (3) relativement au corps (2) et un moyen d’interface (10), solidaire de l’arbre (3) de manière à transmettre audit arbre (3) tout couple de rotation autour du premier axe (A) et au moins un effort selon le premier axe (A), le moyen d’interface (10) comprenant une prise de force (12) apte à recevoir lesdits couple et/ou effort, caractérisé en ce que la prise de force (12) présente un désaxage (D) relativement au premier axe (A) de manière à créer un bras de levier apte à transformer un effort appliqué au moyen d’interface (10) selon le premier axe (A) en un couple autour d’un deuxième axe (B) perpendiculaire au premier axe (A) .
  2. Vanne (1) selon la revendication 1, où la rotule (7) comporte une partie femelle (8) telle une partie conique (8) creuse et une partie mâle (9) telle une partie hémisphérique (9) pleine, l’ouverture de la partie femelle (8) faisant face à la partie mâle (9), l’une des deux parties (8, 9) étant solidaire du corps (2) et l’autre des deux parties (8, 9) étant solidaire de l’arbre (3) et les deux parties (8,9) étant disposées de manière à venir en contact l’une avec l’autre.
  3. Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, où le couple généré par le désaxage (D) est au moins égal à 0,05 Nm.
  4. Vanne (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, où le profil de la prise de force (12) est rectiligne.
  5. Vanne (1) selon la revendication précédente, où la prise de force (12) est une barre rectiligne ou une encoche rectiligne.
  6. Ligne d’échappement comprenant une vanne (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  7. Véhicule comprenant une ligne d’échappement selon la revendication précédente.
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