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DISPOSTTIF RALENTISSEUR MONTÉ DANS LE CIRCUIT
D'ÉCHAPPEMENT DES GAZ D'UN VÉHICULE ÉOUIPÉ D'UN MOTEUR Ä
COMBUSTION
s La présente invention concerne un dispositif ralentisseur monté dans le
circuit
d'échappement des gaz d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion,
comportant au
moins une vanne pourvue d'un corps définissant un canal et d'un obturateur
mobile
disposé transversalement dans Iedit canal et couplé à un arbre de commande, et
des
moyens de commande de cet obturateur comportant un dispositif d'équilibrage de
la
1o contre-pression exercée par l'obturateur sur les gaz, ce dispositif
d'équilibrage étant
agencé pour entrer en action quand l'obturateur est en position fermée et à
partir d'un
seuil de contre-pression prédéterminé et pour ouvrir un conduit de fuite dès
que la
contre-pression atteint ledit seuil et pour le garder ouvert au-delà dudit
seuil, quel que
soit le régime du moteur, de manière à créer un débit de fuite approprié des
gaz
1s d'échappement, le dispositif d'équifbrage comportant un clapet taré disposé
dans ledit
conduit de fuite et un ressort de compression disposé à l'arrière dudit clapet
taré, ce
ressort étant taré à ladite valeur de seuil.
Ce type de ralentisseur est bien connu notamment dans le domaine des véhicules
2o industriels équipés d'un moteur à combustion. Compte tenu de leur
importante inertie,
ces véhicules nécessitent, en complément de leur système de freinage propre,
un
dispositif ralentisseur Iogé dans le circuit d'échappement des gaz, de
préférence entre
le moteur et le silencieux, et généralement monté à la sortie du
turbocompresseur
alimenté par le collecteur d'échappement. Il est habituellement commandé par
une
25 pédale actionnée par le pied gauche du conducteur pour éviter qu'il ne
débraye en
même temps. Ce dispositif ralentisseur permet de générer une contre-pression
dans le
circuit d'échappement. Cette contre-pression est plus ou moins élevée en
fonction de
la position de l'obturateur et de son degré d'ouverture. Elle a pour effet de
ralentir le
moteur et donc de compléter le freinage du véhicule. Plus la contre-pression
est
3o élevée et plus Ie ralentissement est e~cace. Il faut cependant limiter
cette contre-
pression à la pression de consigne maximale admissible par le collecteur
d'échappement, ceci afin d'éviter la réouverture des soupapes d'admission.
Cette
contre-pression dépend bien entendu de la pression des gaz d'échappement
exercée
sur l'obturateur qui est une fonction asymptotique du régime du moteur. Par
3s conséquent, à chaque régime du moteur correspond un niveau de contre-
pression et
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donc un niveau de ralentissement. On cherche actuellement à rendre cette
fonction
constante et au plus égale à la pression de consigne maximale admissl'ble quel
que soit
le régime du moteur et dès les faibles régimes, dans le but d'optimiser le
ralentissement.
Une des techniques proposées est décrite dans la publication EP-A-536 284 dans
laquelle un dispositif modulateur d'échappement comporte dans un volet
d'obturation
deux trous de fuite fermés par des lames ressorts ayant des rigidités
différentes.
Lorsqu'un premier niveau de contre-pression est atteint, une première lame
ressort
lo ouvre un premier trou de fuite et libère une partie des gaz d'échappement.
Lorsqu'un
deuxième niveau de contre-pression est atteint, la deuxième lame ressort ouvre
un
deuxième trou de fuite augmentant ainsi le débit des gaz d'échappement. Ce
dispositif
permet de limiter la contre-pression mais génère des paliers de
ralentissement. ll n'est
donc pas optimal. Par ailleurs, les lames ressorts sont soumises aux
contraintes de
~5 température et à l'agression des gaz d'échappement. De ce fait, leur
fonctionnement se
dégrade dans le temps, affectant ainsi leur performance à l'ouverture et à la
fermeture.
En effet, avec la chaleur des gaz d'échappement, les lames ressorts vont
perdre leur
raideur et les trous resteront toujours ouverts, réduisant ainsi la contre-
pression et
l'efficacité du ralentissement.
Une autre technique est décrite dans la publication CH A-428 318 et prévoit un
clapet
disposé dans le corps de la vanne papillon à l'opposé de l'arbre de commande
de
l'obturateur. A cet effet, le corps comporte deux conduits spécifiques formant
un
circuit by-pass quand le clapet est activé. Cette construction nécessite
d'aménager un
logement spécifique extérieur au ralentisseur pour recevoir le clapet et
d'assurer une
étanchéité de ce logement par rapport aux gaz d'échappement. Or le clapet tel
qu'il est
réalisé ne permet pas de garantir cette étanchéité. De plus, ce logement
extérieur crée
des problèmes d'encombrement. Un ressort supplémentaire est nécessaire entre
le
clapet et l'obturateur pour maintenir ce dernier en appui vers le haut contre
une butée
3o axiale prévue sur l'arbre de commande et éviter les vlôrations dudit
obturateur. La
configuration de cette butée axiale nécessite de réaliser le corps du
ralentisseur en
deux parties générant également des problèmes d'étanchéité. De plus aucun
dispositif
d'étanchéité n'est prévu autour de l'arbre de commande de l'obturateur.
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Le but de la présente invention est d'améliorer les dispositifs ralentisseurs
actuels en
proposant un dispositif d'équilibrage de la contre-pression simple, compact,
d'un coût
réduit, permettant d'obtenir des performances de ralentissement constantes et
maximales quel que soit le régime du moteur tout en garantissant une fiabilité
et une
s stabilité de fonctionnement dans le temps sans risque de dégradation due à
l'agression
des gaz d'échappement et à la haute température.
Ce but est atteint par un dispositif ralentisseur tel que défini en préambule
et
caractérisé en ce que Ie dispositif d'équilibrage est intégré dans le corps de
la vanne et
1o comporte une douille de guidage traversée par l'arbre et pourvue d'un
logement axial
destiné à recevoir ledit clapet taré et son ressort coaxialement audit arbre
et en ce que
le conduit de fi~ite est disposé sensiblement perpendiculairement à l'arbre et
débouche
dans le canal en aval dudit obturateur de manière à créer en combinaison avec
ledit
dispositif d'équilibrage un circuit de dérivation d'une partie du flux des gaz
i 5 d'échappement
Dans une forme de réalisation préférée, la douille de guidage comporte au
moins un
orifice périphérique communiquant avec la partie en aval du conduit de fuite.
2o De préférence, la douille de guidage comporte un siège annulaire agencé
pour
recevoir en butée ledit clapet taré, ce siège comportant une ouverture mettant
en
communication ledit clapet taré et le canal en amont de (obturateur.
Le siège annulaire peut être constitué d'un circlips disposé dans une rainure
25 correspondante prévue dans ladite douille de guidage, le diamètre intérieur
du circlips
étant supérieur à celui de (arbre et délimitant ladite ouvemire.
L'obturateur comporte, avantageusement, une cavité disposée en regard du
clapet taré
et communiquant avec le canal en amont de l'obturateur, quand ce dernier est
en
3o position fermée.
Dans la forme de réalisation préférée, ie clapet taré comporte un joint
disposé autour
de (arbre de (obturateur et la douille de guidage comporte dans son logement
axial
une bague pourvu d'un joint également disposé autour de (arbre de
l'obturateur, ces
3s joints étant des joints plats réalisés en graphite.
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lo
D'une manière avantageuse, la douille de guidage comporte une face d'appui
disposée
en regard d'une face correspondante de l'obturateur pour constituer une
première
butée axiale.
La vanne comporte, également, une deuxième douille de guidage agencée pour
guider
l'autre extrémité dudit arbre de commande, cette deuxième douille comportant
une
face d'appui disposée en regard d'une face correspondante de l'obturateur pour
constituer une deuxième butée axiale.
De préférence, les douilles de guidage comportent un filetage extérieur, sont
vissées
dans des logements correspondants prévus dans ledit corps et sont traitées
pour ofi'rir
un faible coefficient de frottement et résister à des températures élevées et
à
l'oxydation des gaz d'échappement.
La présente invention et ses avantages seront mieux compris dans la
description
suivante d'une forme de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif et
en
référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective d'un dispositif
ralentisseur selon l'invention monté à la sortie d'un turbocompresseur,
- les figures 2 à 4 sont des vues en coupe axiale montrant le dispositif
ralentisseur respectivement au repos - l'obturateur ouvert, au travail -
l'obturateur
fermé et en équilibre - le conduit de fuite ouvert,
- la figure 5 est une vue en perspective de l'obturateur, et
- la figure 6 est une vue en perspective de la douille de guidage du
dispositif
3o d'équilibrage.
En référence à la figure 1, le dispositif ralentisseur 1 selon l'invention est
monté de
manière classique dans le circuit d'échappement d'un véhicule généralement
industriel
et équipé d'un moteur à combustion, à la sortie d'un turbocompresseur TC
alimenté
r;
-_..... T .. _...._...
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par un collecteur d'échappement CE qui récupère les gaz dudit moteur (non
représenté).
En référence également aux figures 2 à 4, le dispositif ralentisseur 1
comporte une
5 vanne 2 pilotée par des moyens de commande appropriés (non représentés) tels
qu'un
vérin, un moteur, etc. La vanne 2 comporte un corps 4 définissant un canal 5
pour le
passage des gaz d'éch ppement dans le sens des flèches F et un alésage 6 pour
un
obturateur mobile 7 monté dans ledit corps 4 transversalement audit canal 5
destiné à
retenir les gaz en amont quand il est en position fermée. Le corps 4 comporte
à ses
lo extrémités deux brides de montage 4a, 4b destinées à recevoir, en amont,
une bride
correspondante du turbocompresseur TC et, en aval, une bride correspondante du
conduit d'échappement (c~ Fig.l). Bien entendu, selon le type de ralentisseur,
les
brides de montage 4a, 4b peuvent être remplacées par tout autre dispositif
équivalent,
tel que des colliers de serrage, etc.
L'obturateur mobile 7, qui est représenté, est un volet papillon monté sur un
arbre 8
d'axe A, cet arbre 8 définissant l'axe de rotation dudit obturateur 7. L'arbre
8 est guidé
en rotation dans ledit corps 4 par deux dou171es de guidage inférieure 9 et
supérieure
10. Les douilles de guidage 9, 10 sont vissées dans le corps 4 dans des
logements
2o correspondants, l'assemblage par filetage assurant une bonne étanchéité
entre les
douilles et ledit corps par rapport aux gaz d'échappement susceptibles de
s'infiltrer.
Ces douilles 9, 10 sont également en appui axial sur des faces correspondantes
de
(obturateur 7 par leurs faces intérieures correspondantes 9', 10' et assurent
de ce fait
le positionnement et le blocage axial dudit obturateur en évitant tout risque
de
vibration parasite. A cet effet, ces douilles 9, 10 sont traitées pour offrir
un faible
coe~cient de frottement et résister à des températures élevées et à
l'oxydation des
gaz. L'une des extrémités de l'arbre 8 traverse ledit corps 4 au travers de la
douille de
guidage supérieure 10 pour être couplée aux moyens de commande directement ou
par un bras de levier 8'. Tout autre forme d'obturateur est envisageable tel
qu'un
3o boisseau, une bille ou un tiroir.
Le dispositif ralentisseur 1 comporte en plus un dispositif d'équilibrage 20
intégré dans
ledit corps 4 de la vanne 2 et agencé pour créer un débit de fuite des gaz
d'échappement quand l'obturateur 7 est en position fermée pour équilibrer les
r.
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pressions et obtenir une valeur de contre-pression maximale et constante
indépendante
du régime moteur, à partir d'un certain seuil de pression prédéterminé.
Ce dispositif d'équilibrage 20 comporte un conduit de flûte 21 ménagé dans le
corps 4
court-circuitant l'obturateur 7. Il s'agit en fait d'une cave à dépression
déjà existante
dans le corps 4 et utilisée dans les ralentisseurs du titulaire de la présente
demande
pour garantir une étanchéité entre l'arbre de commande et le corps. Dans la
présente
invention, cette cave à dépression est utilisée comme conduit de fuite. Par
conséquent,
Ie corps 4 n'a pas besoin de subir de modification particulière si ce n'est de
prévoir un
io logement pour la douille supérieure 10.
Ce conduit de fuite 21 est donc disposé sensl'blement perpendiculairement à
l'arbre 8,
de part et d'autre de la douille de guidage supérieure 10. II possède une
extrémité
borgne en amont de l'obturateur 7 et débouche dans le canal 5 en aval dudit
obturateur 7. Ce dispositif d'équilibrage 20 comporte également un clapet taré
22
agencé pour ouvrir ou fermer ledit conduit de fuite 21 à partir d'un seuil de
pression
déterminé. Ce clapet taré 22 est annulaire, monté coulissant autour de l'arbre
8 et
complété par un joint 22'. Ce clapet taré 22 est monté dans un logement axial
23
prévu dans la douille de guidage supérieure 10 et au travers duquel passe
l'arbre 8. La
2o douille de guidage supérieure 10 comporte des orifices périphériques 24
communiquant avec ledit conduit de flûte 21. Elle comporte également à son
extrémité située à proximité de l'obturateur 7 un siège annulaire 25 agencé
pour
recevoir ledit clapet taré 22 et pour laisser une ouverture 26 autour de
l'arbre 8
permettant aux gaz de pousser directement sur le clapet taré 22. Comme
illustré par la
figure 6, ce siège annulaire 25 peut être constitué d'un circlips logé dans
une rainure
correspondante prévue dans ladite douille supérieure 10, son diamètre
intérieur étant
supérieur à cehû de l'arbre 8 et définissant ladite ouverture 26. Quand le
clapet taré 22
est décollé de son siège annulaire 25, cette ouverture 26 met en communication
le
canal 5 et les orifices périphériques 24. Un ressort de compression 27 est
prévu à
l'arrière du clapet taré 22. ll est monté en butée contre une bague 28 munie
d'un joint
28' et adossée contre le fond dudit logement axial 23. Ce ressort de
compression 27
est taré à une valeur telle qu'il se comprime à partir d'une force
correspondante au
seuil de contre-pression prédéterminé, cette pression étant exercée
directement par les
gaz d'échappement. Par ailleurs, l'obturateur 7 comporte en regard de la
douille de
3s guidage supérieure 10 une cavité 29 ménagée autour de l'arbre 8 et en
communication
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avec (ouverture 26 prévue dans le siège annulaire 25. Cette cavité 29 présente
une
forme en arc de cercle et communiquant uniquement avec le canal 5 en amont de
l'obturateur 7. Les joints 22' et 28' sont de. préférence des joints plats en
graphite donc
résistants aux hautes températures et aux gaz corrosifs. IIs assurent
l'étanchéité entre
s (arbre 8 et le clapet 22 et la douille supérieure 10.
La commande du dispositif ralentisseur 1 s'effectue par le conducteur du
véhicule
industriel au moyen d'une pédale de commande. En fonctionnement normal du
véhicule, le dispositif ralentisseur 1 est au repos, donc l'obturateur 7 est
ouvert (cf.
Fig. 2) laissant les gaz s'échapper fbrement. Lors du freinage, les moyens de
commande actionnés par l'utilisateur entraînent la fermeture de l'obturateur 7
(cf. Fig.
3} retenant ainsi les gaz et générant une contre-pression qui provoque le
ralentissement du moteur et donc une diminution de la vitesse du véhicule. ll
faut
préciser que même en position fermée, il existe un jeu entre l'alésage 6 et
l'obturateur
~s 7 pour laisser échapper un débit de gaz réduit évitant ainsi tout risque de
blocage et
de surpression dangereuse pour les équipements situés en amont. A partir d'un
certain
seuil de pression, le dispositif d'équifbrage 20 (cf. Fig. 4} s'actionne pour
équilibrer les
pressions et réguler la contre-pression à une valeur constante quel que soit
le régime
du moteur.
25
La figure 2 représente le dispositif ralentisseur 1 dans sa position de repos.
L'obturateur 7 est en position ouverte c'est-à-dire orienté parallèlement au
flux des
gaz d'échappement. La pression des gaz devant le clapet taré 22 est
sensiblement
nulle. De ce fait, le dispositif d'équilibrage 20 n'est pas en action.
La figure 3 représente le dispositif ralentisseur 1 dans sa position de
travail.
L'obturateur 7 est en position fermée c'est-à-dire orienté perpendiculairement
au flux
des gaz d'échappement et génère une contre-pression. Comme expliqué plus haut,
l'obturateur 7 et l'alésage 6 de cet obturateur sont agencés pour laisser
s'échapper une
3o flûte de gaz très réduite. Dans cette figure, la pression devant le clapet
taré 22
augmente mais est encore inférieure au seuil de contre-pression prédéterminé
et défini
par le ressort de compression 27.
La figure 4 représente le dispositif ralentisseur 1 dans sa position
d'équilibre. La
35 pression des gaz en amont de l'obturateur 7 s'est accrue au-delà du seuil
de contre-
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pression déterminé par le ressort 27 du clapet taré 22. Sous l'effet de cette
pression, le
clapet taré 22 se soulève de son siège 25 en comprimant le ressort 27.
L'ouverture 26
met alors en communication le canal 5 en amont de l'obturateur 7 par
l'intermédiaire
de sa cavité 29 avec le conduit de fuite 21 par l'intermédiaire des orifices
périphériques 24 ménagés dans la douille de guidage supérieure 10. Ainsi, une
partie
des gaz d'échappement est déviée dans le conduit de flûte 21 qui l'évacue en
aval de
l'obturateur 7 créant un débit de flûte variant pour maintenir une contre-
pression
senslôlement constante. Dans cette configuration du dispositif ralentisseur 1,
le clapet
taré 22 reste ouvert dans une position d'équilibre ayant pour effet de réguler
la contre-
1o pression en amont de l'obturateur 7. Ainsi, on obtient un ralentissement
constant et
maximal correspondant par exemple à la pression de consigne maximale
admissible
par le collecteur d'échappement CE quel que soit le régime du moteur.
Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'améliorer
les
dispositifs ralentisseurs actuels en proposant un dispositif d'équilibrage 20
simple, peu
coûteux, efficace, compact et incorporé à la vanne 2, assurant également une
très
bonne étanchéité du ralentisseur.
La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais
s'étend à
2o toute modification et variante évidente pour un homme du métier.
t::
