Brevet FR2969218A1 — publié le 20120622

i Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape de limitation de pression pour un accumulateur haute pression d'un système d'injection de carburant de moteur à combustion comprenant : un boîtier ayant un passage de régulation de pression muni d'un piston soumis à l'action d'un ressort taré, entre l'entrée de la soupape reliée à l'accumulateur haute pression et sa sortie de retour vers le réservoir, le piston s'ouvrant vers le réservoir contre l'action du ressort lorsque la pression dans l'accumulateur dépasse la pression de consigne sur laquelle est i o réglée la soupape de limitation de pression, Etat de la technique Les systèmes d'injection à haute pression à rampe commune (ou accumulateur de carburant à haute pression) sont équipés d'un régulateur de haute pression ou d'une soupape de sécurité de limitation 15 de pression, s'ouvrant en cas de pression excessive régnant dans l'accumulateur haute pression. Le régulateur de pression est une soupape électromagnétique commandée à partir de l'écart entre la pression réelle détectée par un capteur équipant la rampe commune et une pression de consigne (ou 20 pression limite). La soupape de limitation de pression est une soupape à commande mécanique comportant un ressort taré définissant une pression limite à laquelle la soupape s'ouvre lorsque la pression de l'accumulateur commence à dépasser ou dépasse cette pression limite. La soupape 25 de sécurité est reliée au retour de carburant vers le réservoir pour récupérer le carburant refoulé à travers la soupape de sécurité. On connaît une telle soupape de limitation de pression composée d'un boîtier en deux parties avec un corps cylindrique logeant un ressort taré et fermé par une tête vissée au corps. La tête comporte un 30 passage de régulation de pression fermé par un piston coopérant avec un siège pour former un siège d'étanchéité. Le piston est soumis à l'action du ressort taré. Cette soupape de limitation de pression s'ouvre lorsque la pression régnant dans la rampe commune dépasse la pression de consigne. 35 Pour mieux mettre en évidence les caractéristiques de l'état de la technique, deux soupapes de limitation de pression, connues, équipées de pistons différents, seront décrites ci-après à l'aide des figures 5A, 2 5B et 6. Ces pistons sont représentés avec, en partie, l'alésage du passage de régulation de pression recevant ces pistons. Les figures 5A, 5B montrent un mode de réalisation connu suivant deux orientations différentes autour de l'axe xx du piston. Le piston 200, connu, se compose d'une tête 210 avec une surface conique 211 destinée à coopérer avec le siège conique du passage de régulation de pression de la soupape. La tête 210 se poursuit, du côté tourné vers le ressort, par un corps cylindrique 220 composé d'une partie avant 221 et d'une partie arrière 222. La partie arrière cylindrique est au io diamètre de l'alésage du passage de régulation de pression recevant le pis-ton 200. La partie avant 221 du corps 220 comporte des aplats 223 formant des passages pour le liquide entre l'alésage et le piston lorsque la soupape de limitation de pression est ouverte. Le piston 200 a trois aplats répartis de manière équiangu- 15 laire autour de l'axe de symétrie xx, et chaque aplat 223 plan se compose d'un segment avant 223a et d'un segment arrière 223b. La partie amont 223a est de forme sensiblement rectangulaire et la partie aval 223b, qui remonte et rejoint la partie arrière de guidage 222, est de forme triangulaire curviligne. 20 En fait, les deux segments 223a, 223b de l'aplat 223 correspondent à l'intersection de l'enveloppe cylindrique du corps 220 par un plan parallèle à l'axe xx et un plan incliné par rapport à l'axe xx. Un second mode de réalisation connu de piston 200A représenté à la figure 6 est de forme assez voisine de celle du premier mode de 25 réalisation connu. Il se compose d'une tête 210 avec une surface conique 211 coopérant avec la surface conique du siège du passage de régulation de pression et d'un corps 220, de forme globalement cylindrique, avec une partie avant 221A et d'une partie arrière 222. La partie arrière 222 est cylindrique de diamètre adapté à celui de l'alésage du passage de régulation 30 de pression pour le guidage du piston. La partie avant 221A est de forme cylindrique, mais tronquée par des facettes 223A résultant de l'intersection d'un plan incliné par rapport à l'axe xx et de l'enveloppe cylindrique du piston. Les aplats 223A au nombre de trois, sont répartis de ma-35 nière équiangulaire autour de l'axe xx. De façon générale, les soupapes de limitation de pression équipées de tels pistons 200, 200A, ont une section libre de surface variable lors de l'ouverture de la soupape, et la surface libre de la section, li- 3 mite le débit de carburant qui peut être évacué pour la commande de la pression en fonction de la course du piston. On limite la levée et donc la taille du ressort et la mise en forme d'usinage du piston est plus simple. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une sou-pape de limitation de pression permettant d'avoir une section de passage optimisée pour un débit plus grand de carburant à évacuer au cours de la phase de limitation de pression et cela pour une course utile réduite, per-mettant ainsi une réduction des coûts de fabrication Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une soupape de limitation de pression du type défini ci-dessus caractérisé en ce que - le piston est formé d'une partie avant cylindrique de section circulaire, d'une partie intermédiaire tronconique, et d'une partie arrière cylindri-15 que de section circulaire, - la partie intermédiaire tronconique ayant sa petite base tournée vers l'avant et sa grande base rejoignant la partie arrière, - la partie arrière est de section circulaire correspondant à la section de l'alésage du passage de régulation de pression. 20 La soupape de limitation de pression selon l'invention offre l'avantage d'une section de passage optimisée pour le carburant sortant de l'accumulateur de haute pression au cours des phases de limitation ou de régulation de pression dans l'accumulateur. Le piston de la soupape travaille avec une course utile très réduite grâce à la section de passage op- 25 timisée. En outre, une telle soupape de limitation est d'une fabrication plus simple et d'un coût plus réduit que ceux des soupapes de limitation de pression connues, grâce à la forme particulière donnée aux pistons. En outre, la soupape selon l'invention réduit les instabilités hydrauliques et assure ainsi un meilleur fonctionnement global. 30 Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'inven- tion, - la partie avant cylindrique circulaire est de même section que la partie arrière cylindrique circulaire et la partie intermédiaire tronconique, rejoint la partie avant par sa petite base reliée à une zone transitoire, de 35 forme tronconique et de sens inversé, sa petite base rejoignant la petite base de la partie intermédiaire tronconique et la grande base rejoignant la partie avant cylindrique circulaire, 4 - la partie avant et la partie intermédiaire sont coupées par des plans inclinés par rapport à l'axe xx du piston pour former des aplats globalement triangulaires la grande base des aplats étant située à l'avant et leur pointe, à l'arrière. Cette forme de réalisation du piston est particulièrement avantageuse car simple à réaliser à partir d'un piston de corps cylindrique de section circulaire uniforme sur toute sa longueur, puis réalisation d'une partie tronconique dont la petite base est tournée vers l'avant rejoignant la partie avant du corps par une transition tronconique de faible io longueur. Ensuite, sur cette ébauche, on réalise facilement les aplats par meulage selon un plan incliné par rapport à l'axe du piston et coupant la partie avant et la partie intermédiaire le cas échéant, arrivant jusque dans la partie arrière. De façon avantageuse, le piston comporte trois 15 aplats répartis de manière équiangulaire par rapport à son axe. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la partie avant cylindrique circulaire est de section réduite par rapport à la section de l'alésage du passage de régulation de pression et elle rejoint la petite base de la partie intermédiaire tronconique. 20 Cette forme de réalisation du piston assure un écoulement très régulier du liquide dans l'intervalle entre la surface enveloppe du pis-ton et la surface de l'alésage du passage de régulation de pression. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la cavité qui loge le disque de support contre lequel s'appuie le ressort taré 25 et qui pousse contre le piston, a une section plus grande que celle du logement du ressort taré. Cette forme de réalisation permet de retenir le disque de support pour sont positionnement au moment du montage et de l'assemblage de la soupape. 30 Suivant une autre caractéristique avantageuse, la sortie débouche dans la chambre du ressort taré au niveau de ce der-nier. Cette solution a l'avantage d'éviter que le disque de support ne risque d'obturer même partiellement la sortie de liquide vers le retour allant au réservoir. 35 Globalement l'invention améliore l'écoulement autour du piston qui devient symétrique de révolution axiale, en particulier si le pis-ton est lui-même complètement symétrique en rotation. L'invention concerne également les accumulateurs haute pression de carburant de systèmes d'injection équipés d'une soupape de limitation de pression telle que définie ci-dessus. Enfin, l'invention con-cerne les systèmes d'injection à rampe commune dont l'accumulateur 5 haute pression (rampe commune), est équipé d'une soupape de limitation de pression telle que définie ci-dessus. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : io - La figure 1 est un schéma très simplifié d'un système d'injection à haute pression équipé d'une soupape de limitation de pression. - La figure 2 est une vue en coupe d'une soupape de limitation de pression d'un accumulateur haute pression de carburant. Les figures 3A, 3B, montrent un premier mode de réalisation d'un pis-15 ton de soupape de limitation de pression de la figure 2 selon l'invention : * La figure 3A montre le piston dont l'usinage est terminé, présenté avec une première orientation autour de son axe xx. * La figure 3B montre le piston terminé représenté selon une seconde 20 orientation autour de l'axe xx. - La figure 4 est une vue de côté d'un second mode de réalisation d'une soupape de limitation de pression selon l'invention. Les figures 5A, 5B montrent schématiquement un mode de réalisation du piston d'une soupape de limitation de pression, connue présentée 25 suivant deux orientations différentes autour de son axe xx. - La figure 6 montre un second mode de réalisation d'un piston d'une soupape de limitation de pression, connue. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, un système d'injection de carburant à 30 haute pression, représenté de manière très simplifiée, se compose d'un réservoir de carburant 1 relié à travers un filtre à carburant 2 à une pompe 3 d'alimentation elle-même reliée à une pompe haute pression 4. La pompe haute pression 4 fournit du carburant à haute pression par la conduite 41 à un accumulateur haute pression 5 encore appelé rampe 35 commune qui constitue une réserve de carburant à haute pression pour alimenter les injecteurs 6 reliés chacun par une entrée de carburant 61 à l'accumulateur haute pression 5. Chaque injecteur 6 est muni d'un retour 6 62 vers le réservoir 1, pour le carburant reçu et non utilisé pour l'injection. Le circuit haute pression est relié à une centrale de commande 7 qui reçoit des informations de différents capteurs tels que, le capteur de niveau de carburant dans le réservoir 1, le capteur de rotation du vilebrequin, le capteur d'accélération, un ou des capteurs de température, ainsi que d'autres capteurs fournissant des signaux utilisés dans la gestion du moteur pour générer les signaux de commande de la pompe d'alimentation 3, de la pompe haute pression 4 et des injecteurs 6. Ces i o capteurs ne sont pas représentés. Les signaux sont reçus par la centrale de commande 7 schématisée par un rectangle qui émet des signaux de commande schématisés par des flèches, par des lignes 63 et notamment les signaux de commande des injecteurs 6. L'accumulateur haute pression 5 est équipé d'une soupape 15 de limitation de pression 8 selon l'invention qui limite la pression à une pression de consigne. Cette soupape de limitation de pression 8 est reliée par le retour 9 au réservoir 1, auquel sont également reliés les retours 62 des injecteurs 6. En cas de surpression dans l'accumulateur haute pression 5 la soupape s'ouvre et permet à du carburant de l'accumulateur de 20 s'échapper vers le réservoir 1 pour maintenir la pression dans l'accumulateur à la pression de consigne ou pression limite. La figure 2 montre en vue en coupe un mode de réalisation d'une soupape de limitation de pression selon l'invention équipant un accumulateur haute pression 5 à gauche de la soupape de limitation de 25 pression qui, pour simplifier sa description détaillée, porte ici la référence 100. La soupape 100 comporte un boîtier se composant d'un corps 120 de forme cylindrique fermé par un fond 121 formant une chambre 122 recevant un ressort hélicoïdal taré 123. L'avant de la chambre 122 est fermé par une tête 130 sertie au corps 120 et traversée par un passage 131 for- 30 mant un siège 132 pour coopérer avec un piston 133 en forme de tige actionnée par un disque 134 percé par des orifices 135 et constituant un support. Le disque 134 est logé dans la cavité 136 formée dans la tête 130. Le ressort 123 s'appuie au fond 121 de la chambre du corps cylindrique 120 et contre le disque 134 pour pousser le piston 133 contre son 35 siège 132. Le corps 120 de la soupape est muni d'un passage de sortie 124 relié comme cela est indiqué schématiquement, à la conduite de retour 9 vers le réservoir 1. 7 Le passage 131 dans la tête de la soupape 100 communique par son entrée 131 a avec le volume de l'accumulateur haute pression 5 et sa sortie 13lb communique à travers le disque percé 134 avec le perçage de sortie 124 de la soupape 100. La géométrie des différentes pièces corn- posant la soupape est telle qu'en position de fermeture du siège 132 par le piston 133, son disque percé 134 n'est pas appliqué contre le fond 136a de la cavité 136 dans la tête 130 de façon que la force développée par le ressort taré 123 soit exercée intégralement sur le piston 133. Cela permet de fixer de manière précise la pression de consigne à laquelle s'ouvre la soupape 100. L'assemblage de la tête 130 et du corps 120 de la soupape se fait par sertissage. La chambre 122 se termine par une partie élargie 125 et l'extrémité cylindrique 137 de la tête 130 destinée à être assemblée au corps 120 est munie d'une gorge de sertissage 137a. L'assemblage se fait par le sertissage du bord avant du prolongement 125 contre la tête 130. Les figures 3A, 3B montrent un premier mode de réalisation du piston de la soupape de limitation de pression 100 selon l'invention. Ce piston portant la référence 133 à la figure 2, sera désigné ci-après par la référence 300 pour simplifier sa description détaillée. Le piston 300 dans sa forme définitive représenté suivant deux orientations de rotation différentes autour de son axe xx aux figures 3A et 3B, se compose d'une tête 310 munie d'une surface tronconique 311 destinée à coopérer avec le siège 132 du passage de régulation de pression 131 dans la tête 130 de la soupape de limitation de pression (figure 2). La tête 310 se poursuit par un corps 320 en forme d'enveloppe cylindrique à section circulaire. Il est composé d'une partie avant 321, d'une partie intermédiaire 322 et d'une partie arrière 323. La partie avant 321 est cylindrique circulaire de même section que la partie arrière 323. La partie avant 321 et la partie arrière 323 coopèrent avec l'alésage du passage de régulation de pression 131 (figure 2), pour guider le piston 300 dans son mouvement de translation entre la position ouverte et la position fermée. La partie intermédiaire 322 est formée d'une zone tronconique 322b partant de la partie arrière 323 pour rejoindre la partie avant 321 par un épaulement 322a de forme tronconique mais d'inclinaison in-versée. La partie avant 321 et la partie intermédiaire sont munies de trois aplats 324 répartis de manière équiangulaire autour de l'axe xx. 8 Ces trois aplats 324 sont constitués par des surfaces planes ou de préférence cylindriques, coupant la surface cylindrique 321 et les surfaces tronconiques 322a et 322b. Il en résulte un contour d'aplat comme celui qui apparaît le mieux à la figure 3A. Les aplats 324 mordent également sur la transition 330 entre la tête 310 et le corps globalement cylindrique 320 du piston. La figure 3A montre une certaine orientation de rotation du piston autour de son axe XX par rapport au plan de la figure : l'un des aplats 324 est perpendiculaire au plan de la figure et l'un des deux autres 1 o aplats 324 apparaissant sur le devant du piston, occupe une position angulaire à 120°. L'autre situé exactement derrière le plan, occupe la même position angulaire. Cette figure montre également le contour apparent en pointillé du piston 300 avant que l'aplat 324 ne soit coupé. 15 La figure 3B montre une orientation différente du piston au-tour de son axe XX correspondant à la vue de dessous du piston de la figure 3A. Cette vue laisse apparaître deux aplats 324, le troisième étant situé dans la position à 120°, c'est-à-dire aligné sur l'axe XX, derrière le plan de la figure. Cela correspond évidemment à une rotation du piston de 20 90° par rapport à la position de la figure 3A. La forme globale de la surface enveloppe du corps 320 du piston, favorise la régularité de l'écoulement en offrant une section importante, permettant un écoulement régulier du liquide sous forte pression sans compliquer la fabrication du piston. La forme des aplats 324 coupés 25 dans cette surface de révolution assure une bonne continuité de l'écoule-ment. La figure 4 est une vue de côté d'un second mode de réali- sation d'un piston 400 de soupape de limitation de pression selon l'inven- tion. Ce piston 400 se compose d'une tête 410 avec une surface 30 tronconique 411 pour coopérer avec le siège 132 du passage de régulation de pression 131 de la soupape 100. La tête 410 rejoint, par une transition 430, le corps 420 du piston. Le corps 420 est subdivisé à partir du côté de la tête 412 en une première partie 421 de forme cylindrique de section cir- culaire suivie d'une partie intermédiaire 422 de forme tronconique et enfin 35 d'une partie arrière 423 de forme cylindrique de section circulaire. La par- tie arrière 423 a une section correspondant à celle de l'alésage du passage de régulation de pression 131 pour le guidage du piston 400. La partie avant 421cylindrique a une section inférieure à celle de l'alésage du pas- 9 sage 131, et la partie intermédiaire 422, a une grande base correspondant à la section de la partie arrière 423 et une petite base correspondant à la section de la partie avant cylindrique 421. On réalise ainsi une section libre entre l'enveloppe du pis- ton 400 et l'alésage du passage de régulation de pression 131 qui est à la fois, d'évolution continue, facilitant la régularité du passage du liquide dans cette section tout en offrant une section suffisamment grande pour un excellent fonctionnement de régulation de pression sans compliquer la fabrication du piston. Bien au contraire, la forme de l'enveloppe à symétrie io de rotation avec une évolution continue entre la surface cylindrique de la partie avant 421 rejoignant la surface conique 422 se poursuivant elle-même par la surface cylindrique 423 à l'arrière, est une forme très simple à réaliser et de ce fait peu coûteuse. A titre d'exemple numérique et à titre de comparaison : 15 Caractéristiques dimensionnelles du piston 200 des figures 5A, 5B : Diamètre : 2,5 mm, Longueur : 5,5 mm Longueur de l'aplat avec la tête : 4,3 mm Diamètre de la tête : 1,3 mm. 20 Pistons selon l'invention : Caractéristiques dimensionnelles du piston 300 (figures 3A-B) : Diamètre : 1,5 mm Longueur : 5,2 mm Longueur de l'aplat avec la tête : 4,1 mm 25 Diamètre de la tête : 1,0 mm La soupape de limitation de pression 100, selon l'invention, est applicable aux systèmes d'injection de moteur à combustion à accumulateur haute pression. La mise en oeuvre de soupape selon l'invention permet 30 d'améliorer l'écoulement du carburant, l'écoulement qui se rapproche de la symétrie de révolution axiale. io NOMENCLATURE 1 Réservoir 2 Filtre à carburant 3 Pompe d'alimentation 4 Pompe haute pression 5 Accumulateur haute pression de carburant 6 Injecteur 7 Centrale de commande io 8 Soupape de limitation de pression 9 Retour vers le réservoir 41 Conduite d'alimentation de l'accumulateur 61 Entrée de carburant 62 Retour de carburant 15 63 Ligne de commande 100 Soupape de limitation de pression 120 Corps de soupape 121 Fond 122 Chambre 20 123 Ressort hélicoïdal 124 Perçage de sortie 125 Partie élargie 130 Tête de piston 131 Passage de régulation de pression 25 13l a Entrée du passage 131b Sortie du passage 132 Siège de soupape 133 Piston 134 Disque de support 30 135 Orifice 136 Cavité 136a Fond de la cavité 136b Partie centrale de la cavité 137 Extrémité cylindrique de la tête 35 137a Gorge de sertissage Il 200 200A 210 211 220 221 221A 222 223 Io 223a 223b 223A 300 15 310 311 320 321 322 20 322a 323 324 330 400 25 410 411 420 430 30 421 422 423 Piston de soupape de limitation de pression connue Piston de soupape de limitation de pression connue Tête Partie tronconique de la tête Corps du piston Partie avant du corps Partie avant Partie arrière du corps Aplat Partie amont de l'aplat Partie aval de l'aplat Aplat plan Premier mode de réalisation d'un piston de soupape de limitation de pression selon l'invention Tête Surface conique Corps du piston Partie avant Partie intermédiaire Transition Partie arrière Aplat Jonction entre la tête et le corps du piston Second mode de réalisation du piston de soupape de limitation de pression selon l'invention Tête Surface tronconique Corps Jonction entre la tête et le corps du piston Partie avant cylindrique circulaire Partie intermédiaire tronconique Partie arrière cylindrique circulaire 35 REVENDICATIONS1°) Soupape de limitation de pression pour un accumulateur haute pression d'un système d'injection de carburant de moteur à combustion comprenant : un boîtier ayant un passage de régulation de pression (131) muni d'un piston (133) soumis à l'action d'un ressort taré (123) entre l'entrée de la soupape (131a) relié à l'accumulateur haute pression (5) et sa sortie de retour (124) vers le réservoir (1), le piston (133) s'ouvrant vers le réservoir (1) contre l'action du ressort (123) lorsque la pression dans l'accumulateur (5) dépasse la pression de consigne sur laquelle est réglée la soupape de limitation de pression, caractérisée en ce que - le piston (300, 400) est formé d'une partie avant (321, 421) cylindrique de section circulaire, d'une partie intermédiaire (322, 422) tronconique, et d'une partie arrière (323, 423) cylindrique de section circulaire, - la partie intermédiaire tronconique (322, 422) ayant sa petite base tournée vers l'avant et sa grande base rejoignant la partie arrière (423), - la partie arrière (423) est de section circulaire correspondant à la sec- tion de l'alésage du passage de régulation de pression (131). 2°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que - la partie avant (321) cylindrique circulaire est de même section que la partie arrière cylindrique circulaire (323) et la partie intermédiaire (322) tronconique, rejoint la partie avant par sa petite base reliée à une zone transitoire (322a), de forme tronconique et de sens inversé, sa petite base rejoignant la petite base de la partie intermédiaire tronconique (322) et la grande base rejoignant la partie avant cylindrique circulaire (321), - la partie avant (321) et la partie intermédiaire (322) sont coupées par des plans inclinés par rapport à l'axe xx du piston pour former des aplats (324) globalement triangulaires, la grande base des aplats étant située à l'avant et leur pointe, à l'arrière. 3°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie avant (421) cylindrique circulaire est de section réduite par rapport à la section de l'alésage du passage de régulation de pression (131) et elle rejoint la petite base de la partie intermédiaire tronconique (422). 4°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité (136) qui loge le disque de support (134) contre lequel s'appuie le ressort taré (123) et qui pousse contre le piston (300, 400), a une section plus grande que celle du logement (122) du ressort taré (123). Io 5°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la sortie (124) débouche dans la chambre (122) au niveau du ressort taré (123). 6°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston (300) comporte trois aplats (324) répartis de manière équiangulaire autour de l'axe ()cx) du piston. 20 7°) Accumulateur haute pression d'un système d'injection de carburant comportant une soupape de limitation de pression selon l'une des revendications 1 à 5. 25 8°) Système d'injection de carburant à haute pression comportant un accumulateur équipé d'une soupape de limitation de pression selon l'une des revendications 1 à 6. 15 30