Brevet FR2611812A1 — publié le 19880909

DISPOSITIF A SOUPAPE D'OBTURATION POUR SEPARATEUR DE GAZ, EQUIPANT NOTAMMENT LES MOTEURS DIESEL La présente invention se rapporte à un dispositif à soupape d'obturation, équipant un séparateur de gaz dans lequel est logée une soupape commandée par un flotteur, et dont la cuve sert à recueillir la quantité excédentaire de carburant refluant à partir de la pompe d'injection, dans le système d'exploitation d'un moteur Diesel muni de moyens pour mesurer la consommation de carburant, un siège, desti- O10 né à une bille obturatrice et associé à l'orifice de sortie des gaz, étant façonné dans un compartiment à soupape pre- sentant ledit orifice de sortie des gaz. Le système d'exploitation d'un moteur Diesel prévoit que la pompe de refoulement du carburant mette en circula- tion une quantité de carburant nettement plus grande que celle pouvant être consommée par la pompe d'injection. La quantité excédentaire de carburant relativement grande, re- fluant en général vers le réservoir d'accumulation de carbu- rant, sert au refroidissement et remplit, simultanément, une fonction de "chasse" d'accumulation de bulles gazeuses dans la pompe d'injection. Lorsque, dans un tel système d'exploitation, la con- sommation de carburant doit être mesurée, il est classique de réintroduire la quantité excédentaire de carburant dans le conduit d'aspiration situé entre la pompe de refoulement et le réservoir d'accumulation, et de brancher l'appareil mesureur de débit dans le conduit d'aspiration situé entre la zone d'alimentation, et ledit réservoir d'accumulation. Un tel circuit de carburant implique pour conséquen- ces que, d'une part, le carburant en circulation s'échauffe considérablement, ce qui annule la fonction de refroidisse- ment de la pompe d'injection; et que, d'autre part, un 2 2 6 1 2611812 dégazage de la quantité excédentaire de carburant ne peut plus se produire dans le réservoir de carburant. Dans des moteurs Cammins, mais également dans des pompes d'injection répartitrices et dans des pompes de refoulement à diaphragmes, l'enrichissement gazeux est particulièrement fort dans le flux de retour du carburant, de sorte que, dans ces systè- mes pour le moins, il est inadmissible de prévoir une cuve supplémentaire pour la séparation des gaz. Dans ce cas, pour introduire la quantité excédentaire de carburant dans le conduit d'aspiration, une possibilité consiste à faire pas- ser le conduit d'aspiration à travers l'embase de ce sépara- teur de gaz et à prévoir, entre l'espace de la cuve et le canal considéré associé au conduit d'aspiration et ménagé dans l'embase du séparateur de gaz, une soupape qui est com- mandée par un flotteur logé dans ce séparateur de gaz. L'exigence imposant de maintenir les plus modestes possible la complexité d'un tel dispositif auxiliaire, en particulier son volume de réalisation; d'autre part le fait que le reflux de carburant s'opère fréquemment par saccades et se présente en partie en phase moussante à cause d'une part en gaz renfermée atteignant jusqu'à 15 %; mais égale- ment le fait qu'une effusion de carburant doit être évitée lorsque le véhicule prend une position inclinée ou se retour- ne, sont autant de considérations exigeant que la sortie des gaz ne puisse pas avoir aisément lieu à l'air libre, mais que le séparateur de gaz doive être relié au réservoir d'accu- mulation de carburant par l'intermédiaire d'un conduit de gaz. Ce conduit de gaz peut alors être raccordé, sans complexité supplémentaire, à l'ouverture du réservoir prévue pour le reflux du carburant en mode opératoire n'impliquant aucune mesure de la consommation de carburant. Comme déjà mentionné, le carburant en circulation s'échauffe considérablement dans le système d'exploitation choisi, si bien qu'il est nécessaire de prévoir, dans la plupart des cas, un groupe de refroidissement qui, lorsqu'il doit être optimalement efficace, englobe, entre un échangeur thermique et le réservoir d'accumulation de carburant, un 3 2611812 circuit de refroidissement n'ayant aucune communication par fluide avec le circuit de carburant et alimenté par une pompe distincte. L'ouverture du réservoir, libre dans le système d'exploitation choisi, se trouve occupée du fait de la présence de ce circuit de refroidissement, de sorte qu'il est impératif de ménager un perçage supplémentaire sur le réservoir d'accumulation de carburant, pour le conduit de gaz prévu, ce qui, abstraction faite de la complexité, soulè- ve des problèmes de tolérances. Pour éviter ces problèmes, il serait envisageable de raccorder le conduit de gaz au conduit de retour du circuit de refroidissement, ce qui entrainerait toutefois des erreurs de mesure sans la présence d'un clapet anti-retour dans le conduit de gaz. Un tel clapet anti-retour étanche aux li- quides développerait cependant, dans le séparateur de gaz, une surpression qui dégraderait fortement la fonction de ce séparateur de gaz (c'est-à-dire le dégazage), et celle de la soupape d'alimentation commandée par flotteur (c'est- à-dire une introduction exempte de pression, dans le con- duit d'aspiration, du carburant refluant). La présente invention a par conséquent pour objet de fournir un dispositif à soupape d'obturation qui, tout en évitant les problèmes mentionnés, permette d'une part un dégazage sans effet rétroactif et empêche, d'autre part, une effusion de carburant hors du séparateur de gaz. Cet objet est atteint par le fait que la bille obtura- trice peut accomplir des mouvements libres dans le compar- timent à soupape; par le fait qu'un corps de roulement à poids spécifique élevé, accomplissant lui aussi des mouve- ments libres, est associé à cette bille obturatrice; et par le fait qu'un encaissement associé au corps de roulement est ménagé dans le compartiment à soupape, en vis-a-vis du siège de soupape, de telle sorte que, en présence d'une in- clinaison déterminée de l'axe de la cuve par rapport à la verticale, ledit corps de roulement roule contre la paroi de l'encaissement et pousse la bille obturatrice dans le siège de soupape. 4 2611812 Un exemple de réalisation préférentiel a pour caracté- ristique que le poids spécifique de la bille obturatrice est plus faible que le poids spécifique du gazole. Hormis le fait que la solution proposée atteint plei- nement l'objectif recherché, elle offre l'avantage de ne réclamer aucune complexité de montage supplémentaire lors de l'incorporation des éléments constitutifs individuels du système mesureur de la consommation de carburant, de pouvoir être réalisée moyennant une complexité relativement modeste, et de pouvoir être intégrée dans le séparateur de gaz. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des des- sins annexés sur lesquels: la figure l est une illustration schématique d'un sys- tème d'exploitation d'un moteur Diesel, agencé pour mesurer la consommation de carburant et comprenant un circuit de refroidissement, ainsi qu'une séparation des gaz; la figure 2 est une représentation fragmentaire d'un séparateur de gaz, selon le détail A de la figure 1, avec coupe du dispositif à soupape d'obturation conforme à l'inven- tion; la figure 3 est un schéma fonctionnel lors du fonction- nement normal du séparateur de gaz; la figure 4 est un schéma fonctionnel lorsque le sépa- rateur de gaz occupe sa position normale, et qu'une suroscil- lation est imposée au niveau du carburant; la figure 5 est un schéma fonctionnel en position basculée du séparateur de gaz-; et la figure 6 est une coupe fragmentaire d'une variante de réalisation du dispositif à soupape d'obturation. L'illustration schématique de la figure 1 montre un système d'exploitation pour un moteur Diesel, comprenant un réservoir 1 d'accumulation de carburant et un conduit d'aspiration 2 qui part de ce réservoir 1 et sur lequel sont implantés un filtre préalable 3; un appareil 4 mesureur de débit avec lequel est branchée, en parallèle, une dériva- 2611812 tion plombée 5 actionnable en cas d'incidents; ainsi qu'un clapet antiretour 6. Le conduit d'aspiration 2 est relié à un circuit de carburant 7 dans lequel, à partir d'une pompe 8 refoulant du carburant, une quantité excédentaire de carburant déterminée, en général relativement grande par rapport à la quantité injectée "consommée", est maintenue en circulation par l'intermédiaire d'un filtre principal 9, d'une pompe d'injection 10 (dont les buses d'injection sont désignées par 11), d'un clapet anti-retour 12 et d'un sépa- rateur de gaz 13. La référence numérique 14 désigne un échangeur thermique traversé, d'une part, par le circuit de carburant 7 et, d'autre part, par un circuit de refroidisse- ment 16 qui est actionné par une pompe de refoulement 15 et est alimenté à partir du réservoir d'accumulation. Une forme de réalisation préférentielle du séparateur de gaz 13, matérialisé pour l'essentiel par une cuve, se compose d'un couvercle 17, d'une enveloppe 18 de préférence cylindrique et d'une embase non représentée sur la figure 2, qui sont reliés les uns aux autres au moyen de solidarisa- tions vissées appropriées, avec interposition de garnitures d'étanchement dont l'une est référencée par 19. Sur la fi- gure 2, la référence 20 désigne un flotteur servant à comman- der la soupape qui est logée dans l'embase, et est associée à un canal ménagé dans cette embase et communiquant avec le conduit d'aspiration 2. Etant donné que la réalisation du séparateur de gaz 13,dans cette région,ne revêt aucun carac- tère essentiel pour l'invention, il a été renoncé à son illus- tration. L'on se référera cependant à la demande de brevet DE-A-3 512 191, dans laquelle un séparateur de gaz de ce genre est décrit. Un mamelon 21 de raccordement d'un flexible, fixé au couvercle 17, sert a raccorder la branche retour du circuit de carburant 7, partant de la pompe d'injection 10. Le car- burant chargé de gaz vient heurter un dôme d'impact 22 et un éperon 23, façonné sur ce dôme 22, évite une projection et par conséquent une absorption de gaz supplémentaire, tout en provoquant simultanément une ample répartition du carburant 6 2611812 sur le dôme d'impact 22. Le carburant s'écoulant à partir de ce dôme 22 circule tout d'abord, vers le bas, dans une chambre annulaire 24 située entre l'enveloppe 18 extérieu- re et une enveloppe intérieure 25, puis il monte de nouveau dans une autre chambre annulaire non représentée, pour passer ensuite à une chambre interne 26 dans laquelle se trouve le flotteur 20. Ce trajet d'écoulement prolongé, ainsi que la répartition sur une grande superficie sur le dôme d'impact 22, permettent d'obtenir un dégazage optimal. La référence numérique 27 désigne un manchon qui est élaboré d'un seul tenant sur le dôme d'impact 22 et par l'intermécdaire de l'ouverture 28 duquel les gaz, sortant dans la chambre 26, s'échappent dans une dépouille 29 prévue dans le couvercle 17. Comme le montre par ailleurs la figure 2, la dépouille 29 est reliée, par l'intermédiaire d'un canal 30, à un compartiment 31 à soupape du dispositif d'obturation selon l'invention. Ce compartiment 31 est formé, d'une part, par un encaissement 32 tronconique dans l'exemple de réalisation préférentiel et, d'autre part, par un encaissement 33 lui aussi tronconique,qui est prévu dans une pièce filetée insé- rable 34 pouvant être reliée au couvercle 17 et associée axialement à l'encaissement 32, et qui s'achève par un ori- fice 35 muni d'une protection anti-poussière adéquate et servant, commodément, à la sortie des gaz dans l'atmosphère. Le compartiment 31 renferme une première bille 36 à poids spécifique élevé (dans ce contexte, si l'on renonce à une fonction universelle, l'on peut également envisager d'autres corps de roulement ainsi que des formes d'encaissements correspondantes); et une autre bille obturatrice 37 réali- sée en tant que sphère creuse, dont le poids spécifique est plus faible que le poids spécifique du gazole. Les deux billes 36 et 37 peuvent accomplir des mouvements libres dans le compartiment 31; l'encaissement 33 fait office de siège de soupape pour la bille obturatrice 37; et, dans la position normale du séparateur de gaz 13 (c'est-à-dire dans la position d'intégration nécessaire), la bille 36 est main- tenue par la pesanteur dans l'encaissement 32. 7 2611812 Alors que le schéma fonctionnel de la figure 3 illus- tre une nouvelle fois,à échelle agrandie, le dispositif à soupape d'obturation en mode de fonctionnement normal du séparateur de gaz 13 (la flèche S indiquant la direction de la pesanteur), le schéma fonctionnel 4 campe une situation dans laquelle il s'opère une suroscillation du niveau du carburant dans la cuve du séparateur 13, plus précisément dans la position normale de cette cuve. La bille obturatri- ce 37 flotte sur le gazole qui a pénétré dans le compartiment 31 à soupape, et elle ferme cette soupape. A l'inverse, le schéma fonctionnel de la figure 5 montre une position bascu- lee du séparateur de gaz 13. Dans ce cas, la bille 36 a roulé, le long de la paroi de l'encaissement 32, jusqu'à une position stable dans laquelle, d'une part, elle est encore espacée d'une certaine distance a de la paroi de l'encaisse- ment 33 et pousse d'autre part, sous l'action de la pesanteur, la bille obturatrice 37 dans le siège de soupape ménage dans l'encaissement 33. La figure 6 illustre une variante de réalisation dans laquelle la configuration du compartiment 31 à soupape est modifiée et dans laquelle, en particulier, l'encaissement 32 possède un angle différent et le siege tronconique de soupape est façonné dans une pièce 38,emboitée à force dans le couvercle 17. Bien entendu, les diamètres des billes 36 et 37 peuvent également être modifiés en concordance avec les configurations du compartiment à soupape ou bien doivent, respectivement, être modifiés pour correspondre à l'inclinaison de réaction souhaitée. L'essentiel consiste en ce que les deux billes agissent pour ainsi dire comme des transmissions par coins lorsque l'axe de la cuve est incliné; ou bien, en d'autres termes, qu'une fonction de barrage s'exerce dans la position fermee du dispositif à soupape d'obturation, d'une manière telle que, sous l'action de la pesanteur S, la bille 36 de poids spécifique supérieur prenne appui, d'une part, contre la paroi de l'encaissement 32, d'autre part contre la bille obturatrice 37. 8 2611812 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sor- tir du cadre de l'invention. 9 2611812 REVENDICATIONS 1. Dispositif à soupape d'obturation, équipant un séparateur de gaz dans lequel est logée une soupape commandée par un flotteur, et dont la cuve sert à recueillir la quan- tité excédentaire de carburant refluant à partir de la pompe d'injection, dans le système d'exploitation d'un mo- teur Diesel muni de moyens pour mesurer la consommation de carburant, un siège, destiné à une bille obturatrice et associé à l'orifice de sortie des gaz, étant façonné dans un compartiment à soupape présentant ledit orifice de sortie des gaz, dispositif caractérisé par le fait que la bille obturatrice (37) peut accomplir des mouvements libres dans le compartiment (31) à soupape; par le fait qu'un corps de roulement à poids spécifique élevé, accomplissant lui aussi des mouvements libres, est associé à cette bille obturatri- ce (37); et par le fait qu'unencaissement associé au corps de roulement est ménagé dans le compartiment (31) à soupape, en vis-à-vis du siège de soupape, de telle sorte que, en présence d'une inclinaison déterminée de l'axe de la cuve par rapport à la verticale, ledit corps de roulement roule contre la paroi de l'encaissement et pousse la bille obturatrice (37) dans le siège de soupape. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le poids spécifique de la bille obturatrice (37) est plus faible que le poids spécifique du gazole. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la bille obturatrice (37) est réalisée en tant que sphère creuse. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps de roulement est réalisé sous la forme d'une bille (36), et l'encaissement (32) associé à ce corps de roulement est de réalisation tronconique. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'encaissement (32) est ménagé dans le cou- vercle (17) du séparateur de gaz (13); et par le fait que le siège de soupape et l'orifice (35) de sortie des gaz sont pratiqués dans une pièce filetée insérable (34), qui peut être reliée au couvercle (17) et être associée axialement à l'encaissement (32).