Brevet FR2863332A1 — publié le 20050610

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape d'étranglement de retour de flux comprenant un boîtier avec un orifice d'entrée et un orifice de sortie ainsi que des moyens de fermeture de l'orifice d'entrée. Elle concerne également un système d'injection à haute pression de carburant comprenant une conduite haute pression ayant au moins un injecteur de carburant et une conduite d'injecteur entre la rampe et l'injecteur de carburant ainsi qu'une soupape d'étranglement du retour de flux, dans le flux de carburant entre la rampe et l'injecteur de carburant. Les systèmes d'injection de carburant à haute pression notamment appelés systèmes à rampe commune se sont confirmés depuis quelques années dans la fabrication en série et en pratique. Ces systèmes ont participé de manière importante au succès des moteurs Diesels ac- tuels dans l'application aux véhicules automobiles en prenant de plus en plus de parts de marché. Du point de vue du couple fourni et de la consommation de carburant, les moteurs Diesel peuvent rivaliser sans difficultés avec les meilleurs moteurs à essence et leur sont même supérieurs. Mais les moteurs Diesel dans les applications aux véhicules auto- mobiles doivent répondre à des conditions très strictes de confort et de régularité de fonctionnement. C'est pourquoi il est intéressant de les améliorer pour optimiser encore plus leurs paramètres. Etat de la technique On connaît une soupape d'étranglement du flux de retour encore appelée soupape RDV selon le document Diesel Engine Manage- ment , Robert Bosch GmbH, 2. édition 1999, P. 273. La soupape RDV se compose principalement d'un boîtier métallique en forme de cylindre creux muni d'un filetage extérieur à une extrémité et un filetage intérieur à l'autre extrémité. La soupape RDV est montée entre la conduite haute pression (rampe commune) et l'injecteur de carburant. La soupape amortit les variations de pression gênantes dans le système d'injection. Par son filetage extérieur, la soupape RDV se visse dans la conduite de haute pression (rampe commune). Par son filetage intérieur on relie la soupape RDV à l'injecteur de carburant. La soupape RDV dispose de chaque côté d'un orifice de passage et permet ainsi la traversée du carburant venant de la rampe commune pour aller à l'injecteur. A l'intérieur du boîtier de la soupape. RDV on a un piston coulissant et sollicité par un ressort de com- pression. En position de repos, ce piston ferme l'orifice de liaison vers la conduite haute pression. En position de travail, le piston est déplacé hors de sa position de repos contre la poussée exercée par le ressort de compression permettant ainsi le passage du carburant de la rampe commune vers l'injecteur de carburant. La soupape RDV connue est d'une construc- s 'ion compliquée et nécessite un boîtier résistant à une pression correspondant à la pression élevée régnant dans la rampe commune et qui est de l'ordre de 1600 bars et plus. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de répondre à ce problème et concerne à cet effet une soupape d'étranglement du flux de retour dans un système d'injection à rampe commune du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le boîtier de la soupape RDV est en forme de pot, un ressort de compression prévu dans le boîtier s'appuie par une extrémité contre le fond du boîtier et par l'autre extrémité contre un moyen de fer- meture, le moyen de fermeture étant mobile entre une première butée: et une seconde butée. La soupape d'étranglement du flux de retour selon l'invention se distingue par un nombre réduit de composants simples à fabriquer et à monter. Comme la soupape RDV est intégrée directement dans la rampe commune ou placée dans un perçage traversant conduisant à l'injecteur de carburant, on supprime le boîtier résistant à une pression élevée avec ses branchements filetés aux deux extrémités du boîtier. Cela offre une plus grande sécurité de fonctionnement car on évite ainsi d'éventuels risques de fuites. Le montage de la soupape RVD dans la rampe se fait simplement car la soupape s'installe dans le perçage traversant de la rampe commune. L'interface entre la rampe commune et la conduite reliée à l'injecteur de carburant reste pratiquement inchangée. Ainsi, la solution selon l'invention est avantageusement compatible avec des systèmes déjà montés en série. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: le ressort de compression est appliqué contre la paroi intérieure du boîtier et est guidé par cette paroi intérieure, la butée est formée par un gradin correspondant à une variation brute 35 de diamètre de la paroi intérieure du boîtier, les parois frontales du boîtier comportent chacune un orifice de pas-sage et un orifice de sortie, le boîtier comporte au moins un perçage d'étranglement situé au-dessus de la position maximale de travail de la bille délimitée par la butée, - au moins trois perçages d'étranglement prévus à intervalle angulaire 5 régulier dans l'enveloppe du boîtier, le diamètre du boîtier de la soupape RDV est compris entre 3,5 mm et 8 mm et notamment égal à 5 mm, la longueur du boîtier est comprise entre 12 mm et 18 mm, notamment égale à 16 mm. io Selon un autre mode de réalisation, si la soupape d'étranglement du flux de retour comportant un support de soupape avec un orifice d'entrée et un orifice de sortie ainsi qu'un moyen de fermeture pour l'orifice d'entrée, le support de soupape a essentiellement une forme de pot, et dans le support de soupape il y a un limiteur de course égale- ment essentiellement en forme de pot et le moyen de fermeture est prévu dans un espace intermédiaire formé par le fond en forme de pot du support de soupape et celui du limiteur de course. En outre de préférence, le moyen de fermeture est en forme de plaquette et le moyen de fermeture et les fonds du pot du support de soupape et du limiteur de course sont mu- nis de perçages alignés. La soupape d'étranglement du flux de retour s'applique à des systèmes d'injection de carburant à haute pression. Dans un tel système, la soupape d'étranglement du retour de flux est intégrée dans la rampe commune, ou la soupape d'étranglement de débit est placée dans un perçage traversant prévu dans la rampe commune. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une soupape d'étranglement de flux de retour, la figure 2.1 est une section de la soupape selon la ligne 11.I11.I de la figure 1, - la figure 2.2 est une section de la soupape suivant la ligne II.II-II. II de 35 la figure 1, la figue 3 est une section d'une rampe, la figure 4 montre une rampe avec une soupape d'étranglement du flux de retour installée dans le perçage traversant de la rampe, la figure 5 montre les composants principaux d'un système d'injection à haute pression, - la figure 6 montre une coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'une soupape d'étranglement de flux de retour, - la figure 7 est une section le long de la ligne A-A de la figure 6. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'une soupape d'étranglement de flux de retour (RDV) 1 selon une coupe longitudinale. La soupape RDV comprend un boîtier 2 cylindrique essentielle- ment en forme de pot. Ce boîtier 2 est muni d'un ressort de compression 3 guidé par la paroi intérieure 2.1 du boîtier 2. Le ressort de compression 3 s'appuie d'un côté contre le fond du boîtier 2 et de l'autre contre une bille 5. Cette bille est pressée contre un siège à bille 2.3. La paroi intérieure 2.1 du boîtier 2 est de forme étagée et constitue ainsi une butée 2.2 pour la bille 5. Le fond du boîtier 2 est muni d'un perçage 2.5. L'extrémité du boîtier 2 à l'opposé du fond est munie d'un perçage 2.4 dont la dimension libre est limitée par un siège à bille 2.3. Au niveau de la ligne I1.11-11.11, le boîtier 2 comporte au moins un perçage d'étranglement 6. La figure 2.1 est une section selon la ligne 11.1-1I.1 du boîtier 2 de la soupape RDV 1. La vue de la figure 2.1 montre que le ressort de compression 3 placé dans le boîtier 2 est chevauché par des pièces en saillie 2.6 de sorte qu'en appliquant la pression dans le perçage 2.4, la bille 5 vient de façon amortie contre les butées 2.2 du boîtier 2 et libère le perçage 2.4. La figure 2.2 montre une section selon la ligne 11.II-I1.11 de la figure 1 de la soupape d'étranglement du flux de retour. La vue de la figure 2.2 montre des perçages d'étranglement 6 décalés à 120 dans la paroi du boîtier 2. Les saillies 2.6, qui chevau- chent le ressort de compression 3 placé à l'intérieur du boîtier 2, sont également décalées d'un angle de 120 les unes par rapport aux autres. A la place des trois saillies et des trois perçages d'étranglement 6 représen- tés à la figure 2.2 on peut également prévoir deux perçages d'étranglement 6, en regard l'un de l'autre dans la paroi du boîtier.2 ainsi que deux saillies 2.6 sur le boîtier 2. De la même manière, les saillies 2.6 peuvent éga- lement être décalées les unes des autres de 90 . Il en est de même des perçages d'étranglement 6 réalisés dans la paroi du boîtier 2. En techni- que de fabrication il est particulièrement simple de réaliser les perçages d'étranglement 6 sous la forme de perçages cylindriques; ces perçages peuvent également être coniques ou avoir une forme de fente. Selon une autre variante de l'invention, à la place d'une bille 5 on peut également utiliser comme moyen de fermeture du perçage 2.4, par exemple un cône ou une plaquette coopérant avec un siège de forme adaptée pour constituer une soupape. La soupape RDV selon l'invention se caractérise par une construction particulièrement simple. Elle se compose d'un nombre réduit de pièces qui se fabriquent et se montent simplement. Contrairement aux soupapes d'étranglement de flux lo de retour, classiques, il n'est pas nécessaire d'avoir un boîtier résistant à la pression car la soupape RDV selon l'invention est installée directement dans le perçage traversant d'une rampe d'un système d'injection à haute pression comme cela sera détaillé ci-après. La figure 3 montre une section du rail 30 essentiellement en forme de cylindre creux allongé. Le rail 30 est à paroi épaisse et convient ainsi pour résister à des contraintes de pression élevées de l'ordre de 2000 bars. La paroi épaisse ferme le volume 31 du rail constituant un volume de réserve pour le carburant à haute pression. Perpendiculaire-ment à l'axe longitudinal du rail 30, la paroi du rail 30 comporte un per- çage traversant 32 servant à recevoir la soupape RDV 1 selon la figure 1. La position de montage de la soupape RDV 1 sera décrite ci-après à l'aide de la figure 4. La vue en perspective de la figure 4 montre une rampe commune 30 avec un perçage traversant 32 recevant la sou-pape RDV I. La soupape RDV 1 coopère avec une conduite d'injecteur 33 introduite dans un ajutage de raccordement 34. Après montage de la conduite d'injecteur 33 on visse celle-ci à rajutage 34 à l'aide d'un écrou-chapeau. L'ajutage de raccordement 34 peut par exemple être soudé sur l'enveloppe de la rampe commune 30. La soupape RDV 1 est ainsi installée dans le passage de carburant entre la rampe 30 et un injecteur de car- burant 35 non représenté à la figure 4. Comme la soupape RDV 1 est directement installée dans la rampe commune 30, contrairement à la réalisation des soupapes d'étranglement de flux de retour, connues, il n'y a pas de boîtier résistant à la pression ni de vissage résistant à la pression. Cela permet une fabrication en grande série, économique, des soupapes RDV. Pour pouvoir l'intégrer dans une rampe commune habituelle, il faut que la soupape RDV 1 présente des dimensions de montage appropriées. Selon un exemple de réalisation préférentiel de l'invention, le diamètre D (figure 1) du boîtier 2 de la soupape RDV 1 est compris entre environ 3, 5 mm et 6, 5 mm et il est notamment égal â 5 mm. La longueur L (voir figure 1) du boîtier 2 de la soupape RDV 1 est de préférence comprise entre 12 mm et 18 mm; cette longueur est notamment égale à 16 mm. La figure 5 montre une nouvelle fois les composants princi- paux d'un système d'injection à haute pression. La rampe 3, la soupape RDV 1 et les parties de la liaison avec l'injecteur de carburant 35 sont représentées en coupe. Le système d'injection à haute pression comprend la rampe 30 entourant un volume 31. Une conduite d'injecteur 33 reliée par un écrou-chapeau à l'ajutage de branchement 34 solidaire de la rampe 30, relie cette rampe 30 à un injecteur de carburant 35. Cet injecteur n'est représenté que schématiquement à la figure 5 sous la forme d'un rectangle. Le perçage traversant 32 de la rampe 30 reçoit la soupape RDV 1. Le fonctionnement de la soupape RDV 1 sera décrit brièvement ci-après. En position de repos (figure 1) la bille 5, sollicitée par le ressort de compression 3, est appliquée contre le siège de bille 2.3 et ferme ainsi le perçage 2.4 de la soupape RDV 1 du côté tourné vers le volume 31 de la rampe. Dès que la pression régnant dans le volume 21 de la rampe dépasse la pression régnant du côté du perçage 2.5, parce que ce côté de la soupape RDV est par exemple déchargé en pression, la bille 5 se sou- lève de son siège 2.3 et se déplace en direction de l'axe longitudinal de la soupape RDV 1 au plus jusqu'à la butée 2.2 qui interdit la poursuite de son mouvement. Le perçage 2.4 ainsi libéré permet au carburant à haute pression de passer du volume 31 de la rampe à l'intérieur du boîtier 2 de la soupape RDV 1 et sortir par le perçage 2.5 du fond du boîtier et arriver ainsi dans la conduite d'injection 33 qui transmet le carburant à l'injecteur 35. A la fin de l'opération d'injection, la force développée par le ressort de compression 3 force la bille 5 dans sa position de repos contre le siège à bille 2.3. Cela ferme le perçage 2.4 et coupe le flux de carburant du volume 31 de la rampe. Le perçage d'étranglement 6 (figure 1, figure 2) reste ouvert. Ce perçage d'étranglement 6 permet alors au carburant de revenir dans le volume 31 de la rampe à partir du côté de l'injecteur même lorsque la bille 5 est en position de fermeture. Cela permet d'amortir avantageusement les variations de pression qui se produisent au cours des phases d'injection dans le système. Un autre mode de réalisation d'une soupape d'étranglement de flux de retour (RDV2) sera décrit ci-après en référence aux figures 6 et 7. La figure 6 montre la soupape RDV2 en coupe longitudinale et la figure 7 une section suivant la ligne VII-VII de la figure 6. La soupape RDV2 comprend un support de support 70 essentiellement en forme de pot et un limiteur de course 71 également en faillie de pot; ce limiteur de course est installé à l'intérieur du support de soupape 70, de sorte que la surface extérieure du fond du pot du limiteur de course 71 et la surface intérieure du fond du pot du.support de soupape 70 délimitent un volume intermédiaire 77. Le support de soupape 70 et le limiteur de course 71 peuvent être avantageusement vissés l'un à l'autre par un filetage approprié. Le volume intermédiaire 77 reçoit un moyen d'obturation 72 monté de manière mobile de façon que dans sa position de travail il s'applique contre la Io surface extérieure du fond du pot du limiteur de course 71 et qu'en position de repos (comme celle représentée à la figure 6) il s'appuie contre la surface intérieure du fond du pot du support de soupape 70. Dans le mode de réalisation de la soupape RDV2 représentée aux figures 6 et 7, le moyen d'obturation 72 a la forme d'une plaquette munie d'un perçage central 74. Les fonds du support de soupape 70 et du limiteur de course 71 comportent également des perçages 73, 76. En outre, il est prévu au moins un perçage 78 dans la paroi du limiteur de course 71. Comme déjà décrit, la soupape RDV2 est installée directement dans un perçage traversant 32 de la rampe commune 30. A l'intérieur du volume intérieur 7.7 on peut placer un ressort 81 qui appuie l'organe de fermeture 72, ici en forme de plaquette ou de rondelle, contre le support de soupape 70. Des saillies séparées les unes des autres par des découpes 80 sont prévues dans le moyen de fermeture 72 pour limiter le mouvement radial du moyen de fermeture 72. Le fonctionnement de la soupape RDV2 sera brièvement décrit ci-après. La soupape RDV2 est traversée par le fluide dans la direction de passage indiquée par la flèche 79. Le moyen de fermeture 72 est alors soulevé de sa position de repos contre le fond du pot du support de sou-pape 70 et s'appuie en position de travail contre la face inférieure en forme de pot du limiteur de course 71; celui-ci délimite ainsi la course du moyen d'obturation 72. Le fluide peut ainsi s'échapper à la fois à travers les perçages alignés 74 et 76 du fond du support de soupape 70 et de ce-lui du limiteur de course 71 pour arriver à l'intérieur du limiteur de course 71 et sortir par l'orifice 75. Le fluide peut également passer par le perçage 73 libéré par le moyen de fermeture 72 et le perçage 78 pour arriver dans le limiteur de course 71 et passer de nouveau dans l'ouverture 75. En cas de blocage, comme représenté à la figure 6, le moyen de fermeture 72 est appliqué contre le fond en forme de pot du corps de sou- pape et ferme le perçage 73 en ne laissant comme section libre que la surface de la section du perçage 74. En accordant de manière appropriée le diamètre des perçages 74 et 76 on peut influencer de manière constructive le comportement de la soupape RDV2 dans le cas du blocage. A la place d'un moyen de blocage 72 en forme de plaquette on peut également, selon une autre variante non représentée dans le dessin, utiliser par exemple une bille comme moyen de blocage. La soupape RDV2 se caractérise par un nombre réduit de pièces, ce qui permet une fabrication économique. lo Les soupapes d'étranglement de flux de retour selon l'invention sont non seulement économiques à fabriquer et à monter mais elles permettent également un fonctionnement plus calme du moteur à combustion interne car en amortissant les variations de pression elles permettent un fonctionnement plus précis de l'injecteur de carburant 35. NOMENCLATURE 1 soupape d'étranglement de retour de flux (RDV) 2 boîtier 2.1 paroi intérieure 2.2 butée 2.3 siège de bille 2.4 perçage 10 2.5 perçage 2.6 saillie 3 ressort de compression bille 6 perçage d'étranglement 30 rampe commune 31 volume de la rampe 32 perçage traversant 33 conduite d'injecteur 34 ajutage de branchement 35 injecteur de carburant support de soupape 71 limiteur de course 72 moyen de fermeture 73 ouverture 74 perçage ouverture 76 perçage 77 volume intermédiaire 78 perçage 79 flèche découpe 81 ressort REVENDICATIONS 19) Soupape d'étranglement -de retour de flux (RDV) comprenant un boîtier avec un orifice d'entrée et un orifice de sortie ainsi que des moyens de fermeture de l'orifice d'entrée, caractérisée en ce que le boîtier (2) de la soupape RDV (1) est en forme de pot, un ressort de compression (3, 81) prévu dans le boîtier (2) s'appuie par une extrémité contre le fond du boîtier (2, 70) et par l'autre extrémité contre un moyen de fermeture (5, 72), le moyen de fermeture (5, 72) étant mobile entre une w première butée (2.2, 71) et une seconde butée (2.3, 70). 2 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ressort de compression (3) est appliqué contre la paroi intérieure (2.1) 15 du boîtier (2) et est guidé par cette paroi intérieure (2.1). 3 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée en ce que la butée (2.2) est formée par un gradin correspondant à une variation 20 brute de diamètre de la paroi intérieure (2.1) du boîtier (2). 4 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois frontales du boîtier (2) comportent chacune un orifice de pas-25 sage (perçage 2.4) et un orifice de sortie (2.5). 5 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier (2) comporte au moins un perçage d'étranglement (6) situé au-30 dessus de la position maximale de travail de la bille (5) délimitée par la butée (2.2). 6 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée par au moins trois perçages d'étranglement (6) prévus à intervalle angulaire régulier dans l'enveloppe du boîtier. 7 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, Il caractérisée en ce que le diamètre (D) du boîtier (2). de la soupape. RDV (1) est compris entre 3,5 mm et 8 mm et notamment égal à 5 mm. s 8 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur (L) du boîtier (2) est comprise entre 12 mm et 18 mm, notamment égale à 16 mm. 9 ) Soupape d'étranglement du flux de retour (RDV2) comportant un support de soupape (70) avec un orifice d'entrée et un orifice de sortie (73, 75) ainsi qu'un moyen de fermeture (72) pour l'orifice d'entrée (73), caractérisée en ce que le support de soupape (70) a essentiellement une forme de pot, et dans le support de soupape (70) il y a un limiteur de course (71) également essentiellement en forme de pot et le moyen de fermeture (72) est prévu dans un espace intermédiaire (77) formé par le fond en forme de pot du support de soupape (70) et par celui du limiteur de course (71). 10 ) Soupape d'étranglement du flux de retour (RDV2) selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moyen de fermeture (72) est en forme de plaquette. 11 ) Soupape d'étranglement du flux de retour selon les revendications 9, 10, caractérisée en ce que le moyen de fermeture (72) et les fonds du pot du support de soupape (70) et du limiteur de course (71) sont munis de perçages (73, 74, 76) alignés. 12 ) Utilisation d'une soupape d'étranglement de flux de retour (RDV1, RDV2) selon l'une des revendications 1 à 11, à un système d'injection à haute pression de carburant. 13 ) Système d'injection â haute pression de carburant comprenant une conduite haute pression (rampe commune 30) ayant au moins un injecteur de carburant (35) et une conduite d'injecteur (33) entre la rampe (30) et l'injecteur de carburant (35) ainsi qu'une soupape d'étranglement du retour de flux (RDV1, RDV2), dans le flux de carburant entre la rampe (30) et l'injecteur de carburant (35), caractérisé en ce que la soupape d'étranglement du retour de flux (RDV1, RDV2) est intégrée 5 dans la rampe (30). 14 ) Système d'injection à haute pression selon la revendication 13, caractérisé en ce que la soupape d'étranglement de débit (RDV1, RDV2) est placée dans un per-10 çage traversant (32) prévu dans la rampe commune (30).