Brevet FR2967794A1 — publié le 20120525

Régulateur de pression et dispositif d'alimentation en carburant comportant un tel régulateur Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un régulateur de pression de liquide. L'invention de rapporte aussi à un dispositif d'alimentation haute pression en carburant d'un moteur à combustion interne comprenant un tel régulateur. Arrière-plan technologique Les circuits d'alimentation en carburant habituellement rencontrés dans les moteurs à combustion interne de véhicule automobile comprennent une pompe haute pression, une rampe d'injection commune, plus généralement dénommée « Common Rail » qui est alimentée en carburant par l'intermédiaire de la pompe haute pression et dans laquelle le carburant est accumulé sous haute pression. Cette rampe communique encore avec les injecteurs de carburant par l'intermédiaire de conduits d'alimentation. Une décélération soudaine durant une phase de pleine charge jusqu'à un faible régime (typiquement sur autoroute lors d'une sortie vers une aire de repos ou en arrivant sur un péage) entraine une accumulation de pression du carburant lors de la décélération et, en raison de cette pression de carburant trop importante, des à-coups et/ou de la bruyance lors de la ré-accélération donc une détérioration de la souplesse des reprise du moteur. Il convient d'ajuster rapidement la pression de la rampe commune entre le régime de pleine charge et le faible régime. On connait du document US5727525 un dispositif d'alimentation de carburant comprenant une pompe haute pression, une rampe d'injection commune alimentée en carburant par l'intermédiaire de la pompe haute pression et un régulateur de pression vissé sur la rampe commune. Le régulateur de pression du document US5727525 comprend un poussoir faisant aussi office de moyen d'obturation d'un passage d'entrée du carburant dans le régulateur. Ce poussoir est susceptible d'être déplacé lors de l'activation d'un électro-aimant, c'est-à-dire un solénoïde entourant un cceur magnétique. Le poussoir coopère avec une tige de guidage pour former une chambre de pression hydraulique et est pressé à étanchéité par un ressort de pression contre un siège de manière à pouvoir bloquer la circulation de carburant entre un passage de carburant communicant avec l'intérieur de la rampe et un passage de vidange de carburant formé dans le corps du régulateur de pression. Le passage de vidange permet le retour du carburant vers un réservoir ou une branche basse pression du circuit l'alimentation de carburant. L'activation de l'électro-aimant crée une force magnétique qui attire le poussoir et vainc la force de maintien du ressort de pression. Ainsi le poussoir peut se déplacer et permettre la circulation du carburant entre le passage de carburant communicant avec l'intérieur de la rampe et le passage de vidange. Ainsi, quand l'électro-aimant n'est pas activé, le poussoir est pressé sur son siège par l'effort du ressort et l'effort de la chambre de pression hydraulique, le carburant s'accumule dans la rampe commune sous une haute pression déterminée. Au-delà d'un seuil de pression maximum du carburant dans la rampe commune, l'effort de pression du carburant agissant sur le poussoir est supérieure à la force de maintien du ressort de pression et à la force de pression hydraulique dans la chambre, ce qui a pour effet d'ouvrir la communication entre le passage de carburant communicant avec l'intérieur de la rampe et le passage de vidange du carburant. De plus, quand l'électro-aimant est activé, en-deçà d'un seuil de pression minimum, la force de maintien du ressort de pression est supérieure à la résultante de la force d'attraction de l'électro-aimant et de la force de pression hydraulique dans la chambre, ce qui a pour effet de fermer la communication entre le passage de carburant communicant avec l'intérieur de la rampe et le passage de vidange. Cependant, le régulateur de pression décrit dans le document US5727525 présente plusieurs inconvénients : d'une part les efforts électromagnétiques à générer pour attirer le poussoir dans la configuration présentée par le document US5727525 nécessite l'emploi d'un électro-aimant puissant et d'autre part la réalisation de la chambre d'équilibrage hydraulique nécessite des usinages de précision couteux pour assurer le guidage. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients en proposant un régulateur de pression offrant des prestations similaires, de conception plus simple et plus robuste. L'invention porte ainsi sur un régulateur de pression d'un liquide comportant un passage d'entrée du liquide sous pression dans ledit régulateur, des moyens d'obturation du passage d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte un poussoir magnétisable distinct des moyens d'obturation, des premiers moyens de maintien disposés de manière à appliquer sur les moyens d'obturation, par l'intermédiaire du poussoir, une première force de maintien pour fermer le passage d'entrée, le régulateur comprenant de plus un solénoïde susceptible d'appliquer au poussoir une force magnétique s'opposant à la première force de maintien lorsque ledit solénoïde est activé électriquement, des seconds moyens de maintien disposés de manière à appliquer sur les moyens d'obturation une seconde force de maintien pour fermer le passage d'entrée, les premiers et seconds moyens de maintien agissant en parallèle sur les moyens d'obturation et étant configurés d'une manière telle qu'ils autorisent l'entrée du liquide sous pression dans le régulateur lorsque la force de la pression du liquide dans le passage d'entrée sur les moyens d'obturation est supérieure à la somme des première et seconde forces de maintien quand le solénoïde n'est pas activé et qu'ils interdisent l'entrée du liquide sous pression dans le régulateur lorsque la force de la pression du liquide dans le passage d'entrée sur les moyens d'obturation est inférieure à la seconde force de maintien quand le solénoïde est activé. Ainsi, le fait que le poussoir et les moyens d'obturation soient distincts et agissent en parallèle permet un pilotage découplé plus simple et autorise donc une conception simplifiée du régulateur. Dans une variante, les seconds moyens de maintien sont disposés de manière à appliquer directement sur les moyens d'obturation la seconde force de maintien, ce qui simplifie encore la conception en s'affranchissant de pièce intermédiaire. Dans une autre variante, le second moyen de maintien entoure le poussoir, ce qui rend la conception encore plus compacte. En variante encore, le solénoïde présente un évidement central dans lequel le poussoir peut de mouvoir en translation, ce qui améliore encore la compacité de l'ensemble, puisque le poussoir est disposé à l'intérieur du solénoïde. De préférence, le régulateur de l'invention comprend une douille disposée dans l'évidement central, entre le poussoir et le solénoïde. Cette douille a pour fonction de guider le poussoir en translation et d'isoler le solénoïde du contact du liquide. Avantageusement, la douille comprend une collerette venant en appui sur le solénoïde, pour assurer l'étanchéité et servant de butée de montage de la douille dans l'évidement. Dans un souci de simplicité et de robustesse, selon une variante, les premiers moyens de maintien comprennent un premier ressort de pression.35 Toujours dans un souci de simplicité et de robustesse, les seconds moyens de maintien comprennent un second ressort de pression. Dans une autre variante, les moyens d'obturation consistent en une bille. L'invention concerne aussi un dispositif d'alimentation en carburant haute pression à rampe commune caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de pression de l'invention disposé sur la rampe commune, la rampe commune présentant un canal communiquant avec le passage d'entrée du régulateur pour permettre la circulation du carburant présent dans la rampe commune vers le régulateur. En variante, le régulateur de pression est disposé dans le prolongement de la rampe commune. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 20 - La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit d'injection de carburant comprenant un régulateur de pression de l'invention. - La figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du régulateur de pression de l'invention. 25 Description détaillée La figure 1 présente un dispositif d'alimentation en carburant à rampe commune pour moteurs à combustion interne de véhicule automobile. Le dispositif d'alimentation en 30 carburant à rampe commune inclus généralement une pompe basse pression 1, une pompe haute pression 2, une unité de contrôle électronique 3, un capteur de pression 4, une rampe commune 5, un régulateur 6 de la pression de carburant. La partie du dispositif d'alimentation en carburant située en amont de la pompe haute 35 pression 2 constitue la branche dite « basse pression » du dispositif d'alimentation en carburant tandis que la partie du dispositif d'alimentation en carburant située en aval de la15 pompe haute pression 2 constitue la branche dite « haute pression » du dispositif d'alimentation en carburant. La pompe basse pression 1 a pour fonction d'amener le carburant d'un réservoir de carburant (non représenté) vers la pompe haute pression 2. La pompe haute pression 2 élève la pression du carburant jusqu'à un seuil de pression requis et alimente la rampe commune 5. La rampe commune 5 communique encore avec des injecteurs de carburant, non représentés, par l'intermédiaire de conduits 7 d'alimentation. Généralement, une rampe commune a une forme allongée et pour des raisons de simplicité de conception et de réalisation, le régulateur de pression 6 est avantageusement disposé, comme l'illustre la figure 1, dans le prolongement de la rampe commune 5. Il est en outre prévu que la rampe commune 5 présente un canal 9 permettant la circulation du carburant entre la rampe commune 5 et le régulateur de pression 6. Le régulateur de pression 6 communique avec la branche dite « basse pression » d'alimentation de carburant, c'est-à-dire la partie en aval de la pompe haute pression 2 , par l'intermédiaire d'un conduit 8 de retour carburant. Le capteur de pression 4 est relié à l'unité de contrôle électronique 3. Le capteur de pression 4 mesure la pression effective du carburant dans la rampe commune 5 et fournit une information de pression à l'unité de contrôle électronique 3. Le régulateur 6 de pression fonctionne en réponse à un signal de contrôle délivré par l'unité de contrôle électronique 3. Quand la pression effective du carburant dans la rampe commune 5 est supérieure à une pression de consigne prédéterminée, cette pression de consigne étant prédéterminée en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur tels que, à titre d'exemple non limitatif, le régime, la charge du moteur, l'unité de contrôle électronique 3 fournit un signal au régulateur 6 de pression carburant pour l'activer électriquement afin de réduire la pression effective du carburant à la pression de consigne prédéterminée. La figure 2 présente en coupe la structure interne du régulateur 6 de pression de carburant de l'invention selon un mode de réalisation préféré. De plus, la figure 2 présente le régulateur 6 de pression à son état de repos qui est encore dans notre mode de réalisation un état communément dénommé « normalement fermé ». Dans ce mode de réalisation, le régulateur 6 de pression présente un corps principal 11 surmontée d'une enveloppe externe 10. Le corps principal 11 et l'enveloppe 10 peuvent être cylindriques, s'étendant selon un axe central Z. Le régulateur 6 de pression comprend de plus un solénoïde 30, autrement dit une bobine d'un fil électrique enroulé. Dans ce mode de réalisation, le solénoïde 30 présente un évidement central 31 cylindrique. Une douille 32 cylindrique est disposée dans l'évidement 31 central. La douille 32 est formée d'un cylindre creux 32a, fermé à un bout par un fond 32b et comportant à l'autre bout une collerette 32c venant en appui sur le solénoïde 30 sur une de ses faces et en appui sur le corps principal 11 sur l'autre de ses faces. Dans la douille 32 vient se placer un premier ressort 33 de pression et un poussoir 34 cylindrique. Le poussoir 34 est monté coulissant dans la douille 32, selon l'axe central Z, autrement dit le poussoir peut se mouvoir en translation dans l'évidement 31 central, la douille étant disposée dans l'évidement 31 central entre le poussoir 34 et le solénoïde 30. Le poussoir 34 doit être en un matériau magnétisable afin que, lorsque le solénoïde 30 est activé, celui-ci applique au poussoir 34 une force magnétique de sorte à le déplacer en translation le long de l'axe central Z. De plus, le cylindre creux 32a de la douille fait office de moyen de guidage du poussoir 34. La douille 32 a aussi pour fonction d'isoler le solénoïde du contact du carburant. Avantageusement, la douille 32 est dans un matériau non magnétisable mais qui offre une bonne circulation des champs magnétique. Une douille 32 en aluminium ou en acier inoxydable non magnétisable convient. Le premier ressort 33 de pression est disposé entre le fond 32b de la douille 32 et le poussoir 34. Le premier ressort 33 de pression est d'une part en contact par une de ses extrémités au fond 32b de la douille 32 et d'autre part en contact par l'autre de ses extrémités avec le poussoir 34. Dans ce mode de réalisation, le régulateur de pression 6 comporte un raccord 20 mâle d'entrée présentant un filetage 21 externe. Ce raccord 20 est destiné à réunir par vissage le régulateur 6 à la rampe 5 commune (figure 1), la rampe commune 5 comportant à son extrémité le raccord femelle complémentaire, non représenté, au raccord 20 mâle du régulateur de pression 6. Le raccord mâle 20 d'entrée présente un passage 22 d'entrée de carburant débouchant sur une partie conique formant un siège 23 pour une bille 24 d'obturation. La bille 24 d'obturation est disposée entre le siège 23 et le poussoir 34. Le régulateur 6 comprend de plus un second ressort 25 de pression destiné à presser la bille 24 d'obturation contre le siège 23. Le second ressort 25 de pression est disposé entre la collerette 32c de la douille 32 et la bille 24 d'obturation. Le second ressort 25 de pression est d'une part en contact par une de ses extrémités avec la collerette 32c et d'autre part en contact direct par l'autre de ses extrémités avec la bille 24 d'obturation. La bille 24 est amagnétique de sorte à ne pas être sous influence du champ magnétique du solénoïde 30 lorsque celui-ci est activé. La bille 24 peut être en métal non magnétique ou encore en plastique dur. Un exemple de métal approprié peut être l'aluminium ou un acier inoxydable non magnétisable. Comme le montre encore la figure 2, dans ce mode de réalisation, le poussoir 34 passe dans le second ressort 25 de pression, autrement dit le second ressort 25 entoure le poussoir 34, ce qui forme un assemblage compact, sensiblement du diamètre de la bille 24. Le régulateur 6 de pression comprend encore au moins un orifice 35 interne d'évacuation du carburant relié à un canal 36 de vidange de carburant. Le canal 36 de vidange est aménagé dans le corps principal 11 et débouche sur l'extérieur du régulateur 6 de pression par un orifice 37 externe d'évacuation. Il peut être prévu un raccord 38 de sortie pour faciliter la connexion et l'assemblage du canal 36 de vidange à un circuit d'évacuation tel que le conduit de retour 8 carburant du dispositif d'alimentation illustré en figure 1. Une bague 39 comportant plusieurs passages 40 traversants peut être prévue et, puisqu'ils ne peuvent pas tous faire face au canal 36 de vidange, la bague 39 présente en outre une rainure périphérique 41 extérieure permettant au carburant ayant traversé un quelconque des passages 40 de rejoindre le canal 36 de vidange. Ainsi le carburant sous pression provenant de la rampe commune 5 par le passage 22 d'entrée peut, lorsque la circulation du carburant est autorisée, repartir vers par le canal 36 de vidange vers le conduit de retour 8 de carburant. Le fonctionnement du régulateur de pression 6 dans le dispositif d'alimentation de carburant, le canal 9 communiquant avec le passage d'entrée 22, est le suivant : Lorsque le solénoïde 30 n'est pas activé électriquement, autrement dit lorsque le régulateur 6 de pression est dans l'état non-piloté, le premier ressort 33 de pression agissant comme des premiers moyens de maintien, applique sur la bille 24 d'obturation, par l'intermédiaire du poussoir 34, une première force de maintien Fm-1, pour fermer le passade d'entrée 22 et le second ressort 25 de pression, agissant comme des seconds moyens de maintien, applique sur la bille 24 d'obturation une seconde force de maintien Fm2 pour fermer le passade d'entrée 22. Les premier et second ressorts agissent sur la bille 24 d'obturation en parallèle. Comme le montre encore la figure 2, dans une telle configuration de ressorts montés en parallèle, les forces en application se cumulent, la résultante des forces de maintien en application, Ftot, sur la bille est donc la somme des premières et secondes forces de maintien Fm1 et Fm2 (la force de pesanteur du poussoir 34 sur la bille 24 d'obturation est ici considérée comme négligeable). Le régulateur 6 reste fermé, et garantit la montée en pression du carburant dans la rampe commune 5 tant que la pression de carburant dans la rampe n'a pas atteint un seuil maximum de pression déterminé PH. Dans le cas d'un moteur à injection directe essence, ce seuil maximum de pression de carburant PH peut être compris entre 240 et 280 bars. L'homme du métier sait parfaitement traduire une pression en effort en fonction de la surface d'application de la pression du carburant dans le passage d'entrée 22 sur la bille 24. Connaissant le seuil maximum de pression et le seuil minimum de pression requis, il peut donc déterminer les premières et secondes forces de maintien Fm1 et Fm2 correspondantes et configurer les premiers et second ressorts en fonction de leur raideur et de leur allongement pour obtenir les forces de maintien Fm1 et Fm2 en question. Au-delà du seuil maximum de pression déterminé PH, la force de pression du carburant dans le passage d'entrée 22 sur la bille 24 est supérieure à la somme des première et seconde forces de maintien Fm-1, Fm2 : les premier et second ressorts de pression ne sont plus suffisants pour maintenir la bille 24 en contact avec son siège conique 23, la bille 24 se soulève de son siège 23 et permet au carburant entrant dans le régulateur 6 par le passage d'entrée 22 de circuler vers le canal de vidange 36 puis vers le conduit de retour 8 de carburant. Lorsque le solénoïde 30 est activé électriquement, par exemple par une commande tout ou rien délivrée par l'unité de contrôle électronique 3, autrement dit lorsque le régulateur 6 de pression est dans l'état piloté dans le but de réguler la pression du carburant à une pression de consigne, le solénoïde 30 applique au poussoir 34 une force magnétique Finag qui s'oppose à la première force de maintien Fm-1. Le poussoir 34 de déplace le long de l'axe central Z de manière à comprimer le premier ressort de pression 33. Ce faisant, la bille 24 n'étant plus en contact avec le poussoir 34 est libérée de la contrainte mécanique imposée par le premier ressort 33 et le poussoir 34, mais reste encore sous la contrainte mécanique du second ressort de pression 25. La seconde force de maintien Fm2 interdit l'entrée du carburant sous pression dans le régulateur tant que la force de pression du carburant dans le passage d'entrée 22 sur la bille 24 d'obturation est inférieure à cette seconde force de maintien Fm2. Ainsi, le régulateur 6 reste fermé, et garantit un seuil de pression minimum PL de carburant dans la rampe commune 5 tant que la pression de carburant dans la rampe n'a pas atteint ce seuil minimum de pression PL. Dans le cas de l'application d'un moteur à injection directe essence, ce seuil de pression minimum PL peut être compris entre 40 à 50 bars. Tant que la pression de consigne, comprise entre le seuil de pression minimum PL et le seuil maximum de pression PH, n'est pas atteinte, le carburant traverse le régulateur de pression 6 et rejoint la partie basse pression du dispositif d'alimentation de carburant. Une fois la pression de consigne atteinte et confirmée par le capteur de pression 4, l'unité de contrôle électronique 3 relâche alors la commande électrique et le poussoir 34 revient en appui sur la bille 24. Dans le cas où le solénoïde 30 resterait accidentellement activé ou le poussoir 34 ne reviendrait pas en appui sur la bille 24, le second ressort de pression 25 referme naturellement le circuit haute pression en repositionnant la bille 24 sur son siège 23 quand la pression du carburant dans la rampe commune 5 atteint le seuil minimum de pression PL, autrement dit quand la force de pression du carburant sur la bille 24 d'obturation est inférieure à la seconde force de maintien, Fm2. On évite ainsi une chute de pression de carburant dans la rampe commune 5 trop importante qui nuirai au bon fonctionnement du moteur. L'assemblage en parallèle du premier et du deuxième ressort 33, 25 a pour avantage de réduire la puissance du solénoïde 30 au juste nécessaire pour vaincre l'effort du premier ressort 33 seul et donc sa taille ainsi que l'énergie électrique consommée lorsqu'il est activé. Le régulateur de pression de l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit dans ce mémoire. En effet, les ressorts de pression agissant comme des moyens de maintien peuvent être remplacés l'un et ou l'autre par exemple par des rondelles ressort. Dans ce cas la rondelle ressort agissant comme second moyen de maintien peut entourer le poussoir 34, celui-ci passant par un trou central de la rondelle. De même les moyens d'obturation peuvent prendre une forme autre qu'une bille et se présenter par exemple sous la forme d'une soupape ou d'un cône de fermeture. Ainsi, nous disposons d'un régulateur de pression simple car ne nécessitant pas d'usinage de précision fiable puisque les moyens de maintien utilisés sont robustes et compact et permettent de piloter l'ajustement rapide de la pression du carburant dans une rampe commune. Ce régulateur de pression est particulièrement adapté à la régulation de pression de carburant lors de phase de transition entre un régime de pleine charge et un faible régime. De plus le régulateur de pression de l'invention n'est pas sensible aux fluctuations de pression de carburant.20 REVENDICATIONS1. Régulateur de pression (6) d'un liquide comportant un passage d'entrée (22) du liquide sous pression dans ledit régulateur (6), des moyens d'obturation du passage d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte un poussoir (34) magnétisable distinct des moyens d'obturation, des premiers moyens de maintien disposés de manière à appliquer sur les moyens d'obturation, par l'intermédiaire du poussoir (34), une première force de maintien (Fm1) pour fermer le passage d'entrée (22), le régulateur (6) comprenant de plus un solénoïde (30) susceptible d'appliquer au poussoir (34) une force magnétique (Finag) s'opposant à la première force de maintien (Fm1) lorsque ledit solénoïde (30) est activé électriquement, des seconds moyens de maintien disposés de manière à appliquer sur les moyens d'obturation une seconde force de maintien (Fm2) pour fermer le passage d'entrée (22), les premiers et seconds moyens de maintien agissant en parallèle sur les moyens d'obturation et étant configurés d'une manière telle qu'ils autorisent l'entrée du liquide sous pression dans le régulateur (6) lorsque la force de la pression du liquide dans le passage d'entrée (22) sur les moyens d'obturation est supérieure à la somme des première et seconde forces de maintien quand le solénoïde (30) n'est pas activé et qu'ils interdisent l'entrée du liquide sous pression dans le régulateur (6) lorsque la force de la pression du liquide dans le passage d'entrée sur les moyens d'obturation est inférieure à la seconde force de maintien (Fm2) quand le solénoïde (30) est activé. 2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de maintien sont disposés de manière à appliquer directement sur les moyens d'obturation la seconde force de maintien (Fm2). 3. Régulateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le second moyen de maintien entoure le poussoir (34). 4. Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le solénoïde (30) présente un évidement (31) central dans lequel le poussoir (34) peut de mouvoir en translation. 5. Régulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une douille (32) disposée dans l'évidement (31) central, entre le poussoir (34) et le solénoïde (30). 6. Régulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la douille (32) comprend une collerette (32c) venant en appui sur le solénoïde (30). 7. Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers moyens de maintien comprennent un premier ressort de pression (33). 8. Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seconds moyens de maintien comprennent un second ressort de pression (25). 9. Régulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'obturation consistent en une bille (24). 10. Dispositif d'alimentation en carburant haute pression à rampe commune (5) caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de pression (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes disposé sur la rampe commune (5), la rampe commune (5) présentant un canal (9) communiquant avec le passage d'entrée (22) du régulateur (6) pour permettre la circulation du carburant présent dans la rampe commune (5) vers le régulateur (6). 11. Dispositif d'alimentation en carburant selon la revendication 10, caractérisé en ce que le régulateur de pression (6) est disposé dans le prolongement de la rampe commune (5).