Brevet FR2716936A1 — publié le 19950908

La présente invention concerne les circuits de distribution de carburant destinés aux moteurs à. combustion interne, et elle concerne plus précisément un clapet de retenue de type perfectionné destiné à être monté entre la pompe de carburant et le moteur. Les circuits de distribution de carburant du type précité comportent habituellement une pompe de distribution de carburant sous pression d'un réservoir à un organe consommateur de carburant, tel qu'un moteur à combustion interne. Le carburant en excès au niveau du moteur est renvoyé au réservoir d'alimentation par l'intermédiaire d'un régulateur de pression. Un clapet de retenue est monté entre la pompe et le moteur afin qu'il empêche le retour du carburant du moteur à la pompe lorsque celle-ci est arrêtée. La pression de carburant est ainsi maintenue au niveau du moteur et permet une réduction du temps de démarrage. Par exemple, le clapet de retenue comporte un élément obturateur rappelé par un ressort contre un siège, à l'intérieur d'un passage de carburant. La partie du passage partant du siège entourant l'élément obturateur a un profil cylindrique uniforme si bien que, lorsque l'élément obturateur a été écarté du siège, la section du courant de fluide entre l'élément obturateur et la paroi qui l'entoure reste pratiquement constante et indépendante du soulèvement de l'obturateur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 697 995 décrit un clapet de retenue ayant la construc- tion précitée, porté par le boîtier d'une pompe de carburant et ainsi réalisé sous forme d'un ensemble solidaire de la pompe. Bien que les circuits de distribution de carburant du type décrit, tels que représentés dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique, aient rencontré un succès commercial important et aient été bien acceptés, des perfectionnements restent souhaitables. Par exemple, les pompes volumétriques de carburant couramment utilisées dans les circuits de distribution de carburant des moteurs d'automobile ont habituellement une construction telle qu'elles transmettent un courant intermittent de carburant et/ou des impulsions de pression par rapport à un niveau constant ou moyen. Ces pulsations affectent le fonctionnement du moteur et peuvent provoquer l'apparition d'un bruit dans le véhicule, et la réduction ou l'élimination de ce bruit est donc souhaitable. En outre, comme la section d'écoulement du fluide, dans les clapets de retenue connus de ce type, est pratiquement indépendante de la position de l'obturateur, l'élément obturateur a une tendance marquée à osciller autour d'une position moyenne, si bien que le problème posé par les impulsions de pression et de débit à la sortie de la pompe est accentué au lieu d'être réduit. La présente invention a pour objet de façon générale la réalisation d'un clapet de retenue particulièrement utile dans les circuits de distribution de carburant du type précité, mais qui a des applications plus étendues à d'autres conditions d'écoulement de nature analogue et qui facilite la réduction ou l'élimination des impulsions de pression et de débit dans la canalisation de distribution de carburant. Un autre objet plus particulier de l'invention est la réalisation d'un clapet de retenue du type précité dont la section d'écoulement du fluide augmente de façon continue ou pratiquement continue, de préférence de manière pratiquement linéaire, avec la pression du fluide et avec un déplacement correspondant de l'élément obturateur malgré la force du ressort de rappel. Un clapet de retenue selon l'invention dans son mode de réalisation actuellement préféré comporte un élément obturateur, un passage d'écoulement de fluide entourant l'élément obturateur et ayant un siège interne opposé à l'élément obturateur, et un ressort placé dans le passage et destiné à repousser l'élément obturateur contre le siège. La surface de paroi interne du passage de fluide en aval du siège a un profil qui, en coopération avec l'élément obturateur, est tel que la section d'écoulement du fluide dans le passage entourant l'élément obturateur augmente de façon pratiquement continue lors du déplacement de l'élément obturateur dans le passage sur pratiquement toute la plage de déplacement de l'élément obturateur dans le passage. De préférence, la surface de la paroi du passage de fluide qui se trouve en aval du siège se trouve sur une surface continue de révolution qui entoure l'axe central du passage. Le diamètre de la partie de surface de paroi de passage de fluide qui entoure l'élément obturateur augmente de façon pratiquement monotone depuis le siège de l'obturateur sur une distance axiale qui correspond pratiquement à la course maximale de l'élément obturateur contre lequel agit le ressort. Dans un circuit de distribution de carburant qui comporte une pompe destinée à transmettre du carburant sous pression d'une réserve à un moteur à combustion interne dans une réalisation préférée de la présente invention, le clapet de retenue est disposé entre la pompe et le moteur afin que le carburant ne puisse pas revenir du moteur vers la pompe. L'excès du carburant au niveau du moteur est renvoyé vers la source de carburant par l'intermédiaire d'un régulateur de pression qui commande aussi la pression de fonctionnement de la pompe. La soupape a un passage d'écoulement ayant un axe central et un siège d'obturateur orienté du côté opposé à la pompe. L'élément obturateur est placé dans le passage afin qu'il se déplace axialement malgré la force d'un ressort hélicoïdal, en fonction du débit de carburant provenant de la pompe. Une première petite partie du passage entourant l'élément obturateur et immédiatement adjacente au siège est pratiquement cylindrique. Une seconde partie de la surface de paroi qui entoure l'élément obturateur sur la plus grande partie de sa course a une section d'écoulement de fluide qui augmente de façon pratiquement monotone, de préférence sous forme conique, à partir du siège sur une distance axiale qui correspond au moins à la course de l'élément obturateur contre la force du ressort dans la plage limitée de débit nécessaire au niveau de l'obturateur. Une troisième partie pratiquement cylindrique du passage du clapet est adjacente à la seconde partie et entoure l'élément obturateur, et ce dernier est disposé afin qu'il coulisse dans un organe de maintien disposé dans cette troisième partie cylindrique du passage. L'élément obturateur, dans des modes de réalisation préférés de l'invention, a une tête conique d'obturateur afin que, pour une position quelconque de l'élément obturateur dans le passage, la section d'écoulement du fluide, c'est-à-dire la distance radiale comprise entre la tête de l'obturateur et la surface de passage qui l'entoure, diminue uniformément dans la direction d'écoulement du fluide. La construction assure un centrage pratiquement automatique de l'élément obturateur au cours du fonctionnement. Ainsi, les déplacements axiaux et latéraux de l'élément obturateur sont stabilisés dans la réalisation préférée de l'invention, et réduisent beaucoup les impulsions de pression transmises de la pompe au moteur. L'élément obturateur peut avoir une construction de matière plastique ou de laiton ou peut avoir une construction d'acier inoxydable dans des applications à d'autres carburants. La tête de l'obturateur comprend un élément rapporté conique creux de caoutchouc moulé ou enclenché élastiquement sur l'élément obturateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale, partiellement schématique et partiellement en coupe, d'un circuit de distribution de carburant qui comprend un clapet de retenue dans un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est une coupe pratiquement suivant la ligne 2-2 de la figure i; les figures 3 à 5 sont des coupes partielles à plus grande échelle illustrant le fonctionnement du clapet de retenue de la figure 1; la figure 6 est un graphique utile pour la description du fonctionnement du clapet de retenue selon l'invention; la figure 7 est une vue en élévation en coupe partielle d'un élément obturateur dans une variante de l'invention; et les figures 8 et 9 sont des vues partielles suivant les lignes 8-8 et 9-9 des figures 7 et 8 respectivement. La figure 1 représente un circuit 20 de distribution de carburant dans un mode de réalisation préféré de l'invention, comprenant une pompe 22 de carburant destinée à transmettre du carburant sous pression d'un réservoir ou d'une réserve 24 à un collecteur 25 de carburant couplé à un organe 26 consommateur de carburant, tel qu'un moteur à combustion interne. Un clapet de retenue 28 est raccordé à la canalisation de carburant entre la pompe 22 et le collecteur 25 afin que le carburant puisse circuler librement de la pompe au collecteur de carburant, mais empêche le retour du carburant du collecteur vers la pompe lorsque la pompe est arrêtée. L'excès de carburant dans le collecteur 25 est renvoyé au réservoir 24 par un régulateur de pression 27. De manière générale, le clapet 28 comprend un embout ou manchon 30 ayant un passage interne 32 formé avec un siège 34. L'élément obturateur 36 est placé dans le passage 32 en aval du siège 34, par rapport au sens de circulation du carburant de la pompe 22 vers le moteur 26. Un ressort hélicoïdal 38 est retenu sous forme comprimée entre l'élément obturateur 36 et un organe 40 de retenue placé dans le passage 32, afin qu'il repousse l'élément obturateur 36 contre le siège 34 du clapet. Le courant de carburant en provenance de la pompe 22 repousse l'élément obturateur 36 vers la droite sur la figure 1, malgré la force du ressort 38, et soulève ainsi l'élément obturateur du siège et permet le passage du carburant à son niveau. L'organe 40 de retenue comporte un manchon central 42 ayant des nervures radiales 44 qui coopèrent avec le passage 32 en aval du siège 34. L'extrémité élargie 46 de l'organe de retenue 40 est emmanchée à force dans un trou agrandi 48 formé à l'extrémité de l'embout 30 qui est distante du siège. L'élément obturateur 36 a une tige allongée 50 passant dans le passage interne 52 de l'organe 40 de retenue et retenue à l'intérieur par une partie élargie 54 placée à l'extrémité de la tige 50. Le ressort hélicoïdal 38 entoure la tige 50 et est retenu entre la tête 56 de l'élément obturateur 36 et l'épaulement interne 58 de l'organe de retenue 40. Un capuchon conique élastique 60 de caoutchouc ou d'une autre construction convenable possède une lèvre 62 tournée vers l'intérieur et qui se loge dans une gorge annulaire formée sur la tête 56 afin que le capuchon 60 soit retenu sur la tête 56. Le passage 32 a une partie conique 66 qui forme le siège 34. Une petite partie pratiquement cylindrique 68 entoure la tête 56 et est contigué à la partie 66. Une surface conique 70 débouche en aval de la partie 68 de surface coaxialement à l'élément obturateur 36. La face axiale 71 de l'organe 40 de retenue forme un organe d'arrêt axial de la tête 56 et limite son déplacement dans le sens de la compression du ressort 58. La dimension axiale de la partie 70 de surface est coordonnée à la course de l'élément obturateur 36 dans l'embout 30 afin que la section d'écoulement du fluide dans le passage 32 autour de l'élé- ment obturateur 36 augmente de façon continue pratiquement sur toute la course de l'élément 36 à l'intérieur de l'embout 30. L'embout 3 est une vue partielle à plus grande échelle d'une partie du clapet 28 de la figure 1 représentant l'élément obturateur 36 repoussé contre le siège 34 par le ressort 38. Lorsque le courant de carburant de la pompe 22 (figure 1) augmente, l'élément obturateur 36 est d'abord écarté du siège 34 malgré la force du ressort et donne une section annulaire minimale 72 (figure 4) d'écoulement du fluide entre l'élément obturateur 36 et la partie 68 de surface. L'écoulement du carburant continue à augmenter et, lorsque l'élément 36 continue à s'écarter du siège 34 malgré- la force du ressort, le profil conique de la partie 70 de surface donne une plus grande séparation entre la surface et le bord opposé de l'élément obturateur 36, si bien qu'une section annulaire croissant constamment pour l'écoulement du fluide est formée entre l'élément obturateur et la surface qui l'entoure. Cette section d'écoulement du fluide continue à augmenter lors du déplacement de l'élément obturateur ou de son soulèvement au moins pratiquement vers la limite de déplacement de l'élément obturateur et, à ce moment (figure ), une séparation maximale 74 donne une section annulaire maximale d'écoulement du fluide entre l'élément obturateur et la surface de la paroi du passage qui l'entoure. La figure 6 représente les caractéristiques de variation de soulèvement en fonction du débit pour le clapet 28 des figures 1 à 5. En coopération avec le régulateur 27 de pression, le clapet 28 est destiné à donner une caractéristique pratiquement linéaire de débit dans toute une plage nominale de fonctionnement entre un soulèvement minimal (figure 4) et un soulèvement maximal (figure 5). La plage nominale globale de débit tient compte des possibilités de variation de la pompe 22 (figure 1), du régulateur 27 de pression, de la température du carburant et de la tension de pilotage de la pompe. Dans les conditions normales de fonctionnement, le soulèvement est supposé varier entre les points 76, 78 en fonction de la demande du moteur, correspondant à une plage normale de section d'écoulement 80. Le soulèvement minimal prévu 82 peut apparaître dans des conditions de faible tension ou de carburant chaud, alors que le soulèvement maximal prévu 84 peut apparaître dans des conditions de tension élevée et de carburant froid par exemple. Il est important de noter que le clapet 28 ne présente pas de fluctuation entre les positions d'ouverture et de fermeture dans la plage nominale de fonctionnement. Ceci facilite la suppression des pulsations extrêmes de débit et de pression. Les conditions de fonctionnement des figures 4 et 5 correspondent donc à des conditions minimale et maximale d'écoulement de fluide, et les dimension du clapet 28 sont sélectionnées en fonction des critères réels d'écoulement du fluide dans ces étapes. Il faut noter sur les figures 1 et 3 à 5 que le capuchon conique 60 coopère avec le bord externe du flasque 63 de l'élément obturateur pour la formation d'une surface pratiquement conique d'élément obturateur opposée au courant de carburant. Ainsi, le diamètre externe du flasque 63 a un profil qui prolonge pratiquement la surface conique du capuchon 60. De préférence, la partie périphérique externe conique du flasque 63 forme avec l'axe un angle un peu inférieur à celui que forme la surface externe du capuchon 60. On note ainsi sur la figure 5 que la section d'écoulement du fluide, c'est-à-dire l'espacement radial de la surface 70 et du capuchon 56 et du flasque 64 diminue uniformément dans la direction d'écoulement du fluide pour une position quelconque déterminée de l'élément obturateur vers une section minimale dans le plan du flasque 63. Cette construction assure un centrage pratiquement automatique de l'élément obturateur 36 dans le passage 32 et élimine pratiquement le bruit de clapet dû au mouvement radial et à la vibration de la tête du clapet. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 5, le corps de l'élément obturateur 36 a une construction de laiton ou d'acier inoxydable pour des applications à d'autres carburants. Les figures 7 à 9 représentent un exemple de variante d'élément obturateur 90 dans lequel le corps 92 est formé de matière plastique et le capuchon 94 est un élément rapporté moulé sur le corps 92 près du flasque 93. Le corps 92 a des plats 96 sur les côtés opposés de la tige 98, et une partie élargie 100 est formée par une nervure destinée à retenir l'élément obturateur dans l'organe de retenue 40 (figures 1 et 2). Les plats 96 facilitent la réduction de la probabilité du défaut de fonctionnement de l'obturateur du fait de la présence d'une bavure formée dans l'opération de moulage. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Circuit de distribution de carburant destiné à un moteur à combustion interne qui comprend une réserve de carburant (24), une pompe (22) de carburant destinée à transmettre du carburant sous pression de la réserve au moteur (26), et un clapet (28) de retenue placé entre la pompe (22) et le moteur (26) et destiné à empêcher le retour du carburant du moteur (26) vers la pompe (22), dans lequel le clapet (28) de retenue comporte un élément obturateur (36) ayant une section de diamètre maximal, un dispositif (30) délimitant un passage (32) d'écoulement autour de l'élément obturateur (36) et comprenant un siège (34) d'obturateur opposé axialement à l'élément et une paroi du passage (32) entourant radialement la section de diamètre maximal de l'élément obturateur (36), et un dispositif à ressort (38) destiné à repousser l'élément obturateur (36) contre le siège (34), le mouvement de l'élément obturateur (36) à distance du siège (34) contre la force du dispositif à ressort étant fonction du courant de carburant provenant de la pompe (22), caractérisé en ce que la paroi du passage (32) a un profil interne entourant radialement l'élément obturateur (36) dont la construction est telle que la section radiale d'écoulement du carburant, formée entre la section de diamètre maximal de l'élément obturateur (36) et la paroi du passage (32) augmente de façon pratiquement continue sur la plus grande partie au moins du déplacement de l'élément obturateur (36) dans le passage (32) à partir du siège (34). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (28) comporte en outre un dispositif d'arrêt formant une limite pour le déplacement de l'élément obturateur (36) dans le sens opposé à la force du ressort, le passage (32) ayant un profil tel que la section radiale opposée à l'écoulement du carburant augmente pratiquement vers la limite de déplacement. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage (32) a un diamètre qui augmente de façon continue pratiquement du siège (34) vers un emplacement qui entoure l'élément obturateur (36) au niveau de ladite limite. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil interne a une construction conique. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément obturateur (36) a une tête (56) d'obturateur opposée au siège (34), la tête (56) d'obturateur ayant une surface radialement externe de construction conique pratiquement sur toute sa longueur, si bien que la tête (56) de l'obturateur se centre automatiquement dans le passage (32) et élimine pratiquement le bruit dû aux vibrations radiales de la tête (56) à l'intérieur du passage (32). 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la tête (56) de l'obturateur est disposée axialement à l'intérieur du passage (32) afin qu'elle élimine le bruit dû aux vibrations axiales de la tête (56) à l'intérieur du passage (32). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en-ce que la tête (56) de l'obturateur est disposée axialement dans le passage (32) afin qu'elle élimine le bruit dû à la vibration de la tête (56) contre le siège (34). 8. Circuit selon la revendication 5, dans lequel l'élément obturateur (36) comporte une tige allongée ayant un flasque à une première extrémité, la tête (56) comprenant un capuchon élastique (60) monté sur ledit élément près du flasque, le capuchon (60) ayant une surface externe conique et le flasque ayant une périphérie externe qui prolonge la surface externe conique, le diamètre maximal de la tête (56) étant donné par le diamètre externe du flasque. 9. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le clapet (28) de retenue comporte en outre un organe de retenue (40) logé dans le passage (32) et destiné à limiter le déplacement axial et latéral de l'élément obturateur (36). 10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément obturateur (36) comporte une tige qui peut coulisser dans l'organe de retenue (40), le dispositif à ll ressort comprenant un ressort hélicoïdal entourant la tige et retenu entre l'élément obturateur (36) et l'organe de retenue (40). 11. Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément obturateur (36) comporte un capuchon élastique (60) destiné à être au contact du siège (34). 12. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un régulateur de pression couplé au moteur (26) et destiné à renvoyer l'excès de carburant à la réserve de carburant lorsque la pression du carburant dans le moteur (26) dépasse la pression prédéterminée, et en ce que le clapet (28) est réalisé afin qu'il transmette le carburant au moteur (26) avec un débit qui varie de manière pratiquement linéaire en fonction du déplacement de l'élément obturateur (36) entre un débit nominal minimal supérieur à zéro et un débit nominal maximal. 13. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément obturateur (36) possède une tête (56) d'obturateur opposée au siège (34), la tête (56) ayant Ane surface radialement externe de construction conique pratiquement sur toute sa longueur, si bien que la tête (56) de l'obturateur se centre automatiquement dans le passage (32) et élimine pratiquement le bruit dû aux vibrations radiales de la tête (56) dans le passage (32). 14. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément obturateur (36) comporte une tige allongée ayant un flasque à une première extrémité, la tête (56) comprenant un capuchon élastique (60) monté sur l'élément près du flasque, le capuchon (60) ayant une surface externe conique et le flasque ayant une périphérie externe qui prolonge la surface externe conique, le diamètre maximal de la tête (56) étant formé par le diamètre externe du flasque. 15. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage (32) comporte une seconde partie pratiquement cylindrique adjacente à la première partie et entourant l'élément obturateur (36), et un organe de retenue (40) logé dans la seconde partie et dans lequel l'élément obturateur (36) est disposé afin qu'il coulisse.