Brevet FR2795137A1 — publié le 20001222

I La présente invention concerne un clapet notam- ment clapet anti-retour pour une pompe à haute pression. ETAT DE LA TECHNIQUE Selon le document EP 0 268 520 Bl, on connaît dé- jà un clapet anti-retour dont l'organe d'obturation est une bille placée entre un siège de clapet entourant l'orifice et une butée en regard de l'orifice; cette bille est pressée par un ressort contre le siège. Le ressort de clapet en forme de ressort hélicoïdal s'appuie par sa dernière spire contre la bille pour la soutenir. A l'ouverture et à la fermeture du clapet anti-retour, la dernière spire en particulier respire c'est-à-dire qu'elle se déploie et se rétrécit radialement. Cela se traduit par des mouvements relatifs entre la bille et la dernière spire usant la bille et le ressort; cette usure peut entraîner la rupture du ressort et le défaut d'étan- chéité du clapet anti-retour. Ces effets gênants existent également dans le clapet anti-retour décrit au document US 2 699 179 A; dans celui-ci un ressort entoure une bille formant l'organe d'obturation, avec plusieurs spires écartées les unes des au- tres et qui peuvent également " respirer ". Dans le cas d'une pompe à haute pression d'un système d'injection de carburant, un clapet d'échappement de haute pression réalisé en forme de clapet anti-retour com- porte comme organe d'obturation, une bille tenue par une cou- pelle de ressort pour le guidage; un ressort de clapet agit sur cette coupelle pour presser la bille dans un siège entou- rant l'ouverture du clapet. La coupelle à ressort entoure ainsi une tige de guidage à la manière d'une douille et le ressort est monté sur cette tige de guidage. On évite ainsi le contact direct de la bille et de la coupelle à ressort. La coupelle de ressort augmente certainement la masse active de l'organe d'obturation, si bien que du fait de l'inertie, on rencontre les dépassements de pression dans le corps de la pompe, car le clapet haute pression ne s'ouvre pas toujours complètement lorsqu'on atteint la pression d'ouverture, mais exécute une ouverture retardée. On atteint ainsi des pointes de pression dépassant jusqu'à plus de 25 % la pression de fonctionnement souhaitée. Pour une pression de fonctionnement de 1600 bars, on rencontre ainsi des pointes de pression dépassant 2000 bars qui peuvent provoquer la rup- ture du corps du clapet, et ainsi la défaillance de la pompe haute pression. AVANTAGES DE L'INVENTION Un clapet avec les caractéristiques de l'invention présente l'avantage par rapport à l'état de la technique que les spires du ressort qui entourent l'organe d'obturation sont des spires inactives. On empêche ainsi la respiration de l'extrémité du ressort tenant l'organe d'obturation c'est-à-dire une extension et une rétraction des spires du ressort comme cela se produit dans l'état de la technique; on évite ainsi en outre l'usure et l'éventuelle rupture du ressort de clapet. Il est particulièrement avanta- geux que l'extrémité de la dernière spire du ressort de cla- pet soit soudée à la spire précédente. Il est de plus particulièrement avantageux que la suppression de la coupelle à ressort réduit la masse mobile dans le clapet c'est-à- dire la masse de l'organe d'obturation, par comparaison à l'état de la technique, pour arriver à moins de 30 % (par exemple 0,5 g pour l'invention par comparaison à 1,8 g dans l'état de la technique) sans ré- duire la fiabilité du guidage de l'organe d'obturation, car le ressort de soupape entoure l'organe d'obturation avec deux spires à la manière d'un panier et le guide. Si l'organe d'obturation est une bille de préfé- rence en céramique notamment en céramique Si3N4, le clapet répond très rapidement, notamment un clapet haute pression, ce qui permet de réduire les pointes de pression exercées sur le corps de la pompe; ainsi ces pointes de pression ne dé- passent à peine que de 7 %, la pression de fonctionnement normale. Pour une pression de fonctionnement de 1600 bars, cela correspond à des pointes de pression de seulement 100 bars au-dessus de la pression de fonctionnement. Pour limiter la course de l'organe d'obturation, il est en outre prévu de placer l'organe d'obturation entre le siège de clapet qui entoure l'orifice et une surface de butée qui appuie l'organe d'obturation dans sa position d'ouverture. Pour avoir toujours un bon centrage de l'organe d'obturation, c'est-à-dire un alignement exact par rapport à son siège, la surface de butée est en forme de moyen de cen- trage pour l'organe d'obturation dans sa position d'ouverture. Cela garantit non seulement le guidage de l'organe d'obturation mais évite également le flambage du ressort de clapet. On évite ainsi un mouvement d'écart du ressort de clapet qui pourrait autrement entraîner l'usure et la rupture de ressort. Un autre avantage du guidage de l'organe d'obturation est que le clapet ferme plus rapidement, car l'organe d'obturation, notamment la bille, ne rencontre pas le siège de clapet de manière indéfinie à un endroit quelcon- que, mais est poussé directement dans la position correcte contre le siège de clapet. Cette fermeture augmente l'efficacité de la pompe, en réduisant le débit de retour. On réduit ainsi également l'usure du siège et de l'organe d'obturation. DESSINS Un exemple de réalisation préférentiel de l'in- vention est représenté de manière simplifiée dans les dessins et sera décrit ci-après de manière détaillée dans la descrip- tion suivante. Ainsi: - la figure 1 est une coupe schématique d'une partie de pompe notamment d'une pompe à haute pression comportant un clapet selon l'invention, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie du clapet selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'un ressort de clapet selon l'invention, - la figure 4 est une coupe à travers une broche de guidage du ressort de clapet, l'organe d'obturation en forme de bille étant représenté appuyé sur une surface de butée en forme de calotte. Dans les différentes figures des dessins, on uti- lisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. DESCRIPTION DE L'EXEMPLE DE REALISATION Selon le schéma simplifié de la figure 1, un pis- ton 10 est placé dans une chambre de cylindre 11 d'un corps de pompe 12; le piston est entraîné suivant un mouvement de translation en va et vient par un excentrique 13. L'excen- trique 13 indiqué seulement de manière schématique à la fi- gure 1 tourne autour d'un axe A situé dans le plan du dessin et perpendiculaire à la direction longitudinale du cylindre. Un ressort de piston 14 tient le piston 10 en appui contre l'excentrique 13. Le piston 10 délimite une chambre active 15 dans la chambre de cylindre 11; le diamètre intérieur de cette chambre est légèrement supérieur au diamètre extérieur du piston 10 de manière à former un volume annulaire 17 entou- rant l'extrémité active 16 du piston 10; un canal de sortie 18 est relié à ce volume annulaire pour du fluide sous pres- sion notamment du carburant à haute pression. L'entrée pour le fluide à pomper, par exemple du carburant dans la chambre active 15 peut se faire par exemple par une conduite 19 à travers une chambre 20 dans laquelle se trouvent des moyens de commande d'alimentation non détaillés. Le corps 12 de la pompe comporte une chambre de clapet 21; la zone d'entrée 22 de cette chambre communique avec le canal de sortie 18. A son extrémité opposée à la zone d'entrée 22, la chambre de clapet 21 présente un segment fi- leté 23 de diamètre augmenté recevant une vis de clapet 24 munie d'un segment à filetage extérieur 25 (voir figure 4). L'extrémité avant de la vis de clapet 24 est en forme de broche 26 dont la surface frontale est une surface de butée concave 27; la forme de cette surface correspond à celle de l'organe d'obturation 28. La surface de butée 27 peut avoir en principe la forme d'un cône creux. L'organe d'obturation de l'exemple de réalisation préférentiel d'un clapet antiretour de l'invention, décrit ici, est une bille 28 placée entre la surface de butée 27 de la broche 26 de la vis de clapet 24 et un siège de clapet 29 prévu dans la zone d'entrée 22 de la chambre de clapet 21, pour être poussé par un ressort 30 contre le siège de clapet 29. Selon la figure 3, le ressort de clapet 30 en forme de ressort hélicoïdal présente un segment 31 moyen, es- sentiellement cylindrique, un segment de guidage 32 pour la bille 28 formant l'organe d'obturation à une extrémité; l'autre extrémité du ressort comporte un segment de fixation 33 par lequel le ressort est tenu contre une collerette de fixation 34 de la vis de clapet 24. La collerette de fixation 34 est délimitée par un épaulement 35 au niveau de son extré- mité opposée à la broche 26; le ressort de clapet 30 s'appuie avec son segment de fixation 33 contre l'épaulement 35. Le segment de fixation 33 peut avoir un diamètre plus faible que le segment cylindrique de ressort 31 et être réalisé par une seule spire pressée contre la collerette de fixation (comme cela est par exemple représenté à la figure 2). Il est également possible de réaliser le segment de fixa- tion 33 comme représenté à la figure 3, composé de deux spi- res inactives 33' dont le diamètre correspond au diamètre du segment de ressort 31, cylindrique. Le segment de guidage 32 comporte au moins deux spires inactives 32' dont le diamètre est choisi pour qu'elles s'appliquent contre la bille d'obturation 28, en en- tourant celle-ci à la manière d'un panier et la guider. L'extrémité libre de la dernière spire inactive 32' peut être soudée à la spire inactive précédente 32' du ressort de cla- pet 30, pour garantir une solidité supplémentaire du segment de guidage 32. Le segment de guidage 32 réalisé comme élément de guidage en forme de panier à l'extrémité du ressort de clapet 30 constitue ainsi une coupelle à ressort par laquelle le ressort de clapet 30 s'appuie contre la bille 28. Comme cela apparaît tout particulièrement à la figure 2, la bille 28 formant l'organe d'obturation comporte globalement trois éléments de guidage à savoir le siège de clapet 29 de forme conique, le segment de guidage 32 du res- sort de clapet 30 ainsi que la surface de butée 27 en forme de calotte servant de butée de translation. Aussi longtemps que le clapet est fermé, la bille 28 est poussée par le ressort 30 contre le siège 29 du cla- pet, de sorte que la bille est guidée à la fois par le siège de clapet 29 et le segment de guidage 32 du ressort 30. Lors- que la pression dans la chambre active 15 augmente et atteint la pression de fonctionnement souhaitée, par exemple 1600 bars, la bille 28 est poussée contre la force du ressort de clapet 30 et elle est soulevée du siège de clapet 29 par une force de poussée exercée par le fluide de la chambre de cla- pet 21 pour être pressée contre la surface de butée 27. Au cours du déplacement entre le siège 29 et la surface de butée 27 en forme de calotte, la bille 28 est principalement guidée seulement par le segment de guidage en forme de panier 32 du ressort de clapet 30. En position d'ouverture, la bille 28 est de nouveau tenue de façon centrée par deux éléments de guidage. La surface de butée 27 sert d'une part de butée de limitation de course et d'autre part avec le siège de cla- pet 29 comme autre moyen de guidage de la bille 28. Le segment de guidage 32 du ressort de clapet 30 peut également être formé de trois spires inactives ou plus si cela devait s'avérer intéressant dans le cas d'une bille de diamètre plus important. Le guidage complémentaire de la bille 28 par le siège de clapet 29 et la surface de butée 27 en forme de ca- lotte évite tout débattement latéral de la bille 28, de sorte que l'on ne risque pas de flambage du ressort de clapet 30. Pour la bille 28 servant d'organe d'obturation, selon des applications, on utilisera une matière appropriée. Par exemple, on peut envisager d'utiliser de l'acier. De pré- férence toutefois la bille 28 est en matière céramique notam- ment en céramique Si3N4 car ainsi, l'organe d'obturation a une résistance particulièrement élevée avec simultanément une masse faible. R E V E N D I C A T I ON S ) Clapet notamment clapet anti-retour pour une pompe à haute pression comprenant un organe d'obturation (28) poussé par un ressort de clapet (30) en forme de ressort hélicoïdal entourant l'organe d'obturation (28) avec plusieurs spires adjacentes contre un siège de clapet (29), caractérisé en ce que le ressort de clapet (30) s'appuie sur l'organe d'obturation (28) avec au moins deux spires inactives (32'). 2 ) Clapet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des spires (32') entourant l'organe d'obturation (28) et appartenant au ressort de clapet (30) est choisi en fonction de la forme de l'organe d'obturation (28) pour que les spires (32') constituent un segment de guidage en forme de panier (32). 3 ) Clapet selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité de la dernière spire (32') du ressort de clapet (30) est soudée à la spire précédente (32'). 4 ) Clapet selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que l'organe d'obturation est une bille (28). ) Clapet selon l'une des quelconques revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (28) est en céramique notamment en cé- ramique Si3N4. 6 ) Clapet selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (28) est prévu entre le siège de clapet (29) entourant une ouverture de clapet et une surface de bu- tée (27) appuyant l'organe d'obturation (28) dans sa position d'ouverture. 7 ) Clapet selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de butée (27) est en forme de calotte concave ser- vant de moyen de guidage pour l'organe d'obturation (28) dans sa position d'ouverture. 8 ) Clapet selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la surface de butée (27) est réalisée sur une broche (26) qui assure la tenue du ressort de clapet (30) entourant cette broche avec du jeu.