Brevet FR2969217A1 — publié le 20120622

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à 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 réglée la soupape de limitation de pression, Etat de la technique Les systèmes d'injection à haute pression à rampe commune (ou à accumulateur de carburant à haute pression) sont équipés d'un régulateur de haute pression ou d'une soupape de sécurité de limita- tion 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. La soupape de limitation de pression est une soupape à commande mécanique comportant un ressort taré définissant une pression limite ou pression de consigne à laquelle la soupape s'ouvre lorsque la pression de l'accumulateur commence à dépasser ou dépasse cette pression limite. La soupape de sécurité est reliée au retour de carburant vers le réservoir de sorte que le carburant refoulé à travers la soupape de sécurité est récupéré dans le réservoir. 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 passage de régulation 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. Un mode de réalisation d'une soupape de limitation de pression, connue sera décrit ci-après de manière détaillée à l'aide de la figure 3 qui montre en vue en coupe, une soupape de limitation de pression connue, équipant un accumulateur haute pression 5. La soupape de limitation de pression représentée à la figure 2, porte la référence 100. La soupape 100 connue se compose d'un boîtier fixé à l'accumulateur haute pression 5 situé à sa gauche. Le boîtier se compose 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 cham- bre 122 est fermé par une tête 130 vissée au corps 120 et traversée par un passage 131 formant un siège 132 pour coopérer avec un piston 133 en forme de tige appuyé contre un disque 134 percé par des orifices 135 et constituant un support. Le disque 134 est logé de manière mobile 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 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. Le passage 131 dans la tête de la soupape 100 communique par son entrée 131a avec le volume de l'accumulateur haute pression 5 et sa sortie 131b communique à travers le disque percé 134 avec le perçage de sortie 124 de la soupape de limitation de pression. La géométrie des différentes pièces composant la soupape est telle qu'en position de ferme- ture du siège 132 par le piston 133, son disque percé 134 n'est pas appliqué de manière étanche contre le fond 136a de la cavité 136 dans la tête 130 de la soupape 100 de façon que la force développée par le ressort taré 123 soit exercée intégralement sur le piston 133 ce qui 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 vissage. La chambre 122 se termine par une partie élargie 125 munie d'un filetage intérieur et l'extrémité cylindrique 137 de la tête 130 destinée à être assemblée au corps 120 est munie d'un filetage extérieur. L'assemblage peut être complété par un sertissage. Dans les conditions normales de fonctionnement lorsqu'il règne dans l'accumulateur 5 une pression supérieure à la pression extérieure notamment celle régnant dans la chambre 122 communiquant avec la sortie ou retour par le perçage 124, la soupape 100 ferme l'accumulateur haute pression 5 de manière étanche sans perte de pres- sion par le passage 140, le piston 133 étant appliqué contre son siège 132. En cas de surpression dépassant la pression de consigne de l'accumulateur haute pression 5, le piston 133 se soulève de son siège 132 et rétablit dans l'accumulateur haute pression 5 une pression sensible- ment égale à la pression de consigne, le passage d'équilibrage 140 restant évidemment fermé. Le piston 133 est une pièce cylindrique dans sa partie servant à son guidage dans le perçage de grand diamètre 131b avec des évi- dements ou des méplats non détaillés formant des passages pour le liquide sortant de l'accumulateur 5 en direction de la chambre 122. Cette forme particulière connue en soi de l'arrière du piston 133 n'est pas représentée à la figure 3. Dans cette soupape, le ressort taré risquant d'être mis en io sur-oscillation, et être surdimensionné pour garantir son fonctionnement, ce qui constitue un inconvénient tant pour le dimensionnement que pour la fabrication et le coût de la soupape de limitation de pression. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une sou- 15 pape de limitation de pression permettant d'éviter de surdimensionner le ressort taré ou de le dimensionner au plus juste, les contraintes mécaniques restant les mêmes, et sans réduire la sécurité du système d'injection en cas de surpression dans la rampe commune. Exposé et avantages de l'invention 20 A cet effet l'invention concerne une soupape de limitation de pression du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'elle comporte : un piston intermédiaire entre le piston de régulation et le ressort taré agissant sur le piston de régulation, un cylindre dans lequel coulisse le piston intermédiaire soumis à l'ac- 25 tion antagoniste du ressort taré appliqué sur sa face aval et du piston de régulation appliqué sur sa face amont et exposé à la pression de l'accumulateur haute pression, - le piston intermédiaire délimitant, de manière étanche par sa face aval dans le corps du boîtier, la chambre logeant le ressort taré remplie de 30 liquide, sa face amont, s'appuyant contre le piston de régulation et - une sortie reliée au réservoir débouchant dans la chambre du boîtier côté face amont dans laquelle débouche le passage de régulation. Dans cette soupape de limitation de pression, le piston intermédiaire forme avec la chambre logeant le ressort taré, un système 35 d'amortissement qui évite ou réduit fortement le risque de sur-oscillation du ressort, ce qui permet de dimensionner le ressort de manière très précise pour sa fonction. En d'autres termes, pour des conditions de fonctionnement identiques, cela permet de réduire les dimensions du ressort 4 par rapport à celles d'un ressort taré habituel, sans risquer de mise en sur-oscillation. Cela se traduit par un gain de matière et un meilleur facteur du ressort. La réduction de la vitesse à l'impact est significative. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses, - le boîtier de la soupape est en deux parties avec un corps cylindrique logeant le ressort taré et une tête vissée au corps et comportant le pas-sage de régulation de pression avec un piston, en forme de tige coulissant dans le passage et coopérant avec un siège du passage de régulation. - le corps cylindrique se poursuivant devant la tête par le cylindre recevant et guidant de manière étanche le piston intermédiaire. Cette forme de réalisation est particulièrement simple et facilite le montage. Le cylindre recevant et guidant de manière étanche le piston intermédiaire est une surface de précision, usinée. La faible course du piston intermédiaire définie principalement par la course du piston commandant le passage de régulation de pression, ne nécessite qu'un cylindre de faible longueur. Cela réduit l'usinage de précision du corps cylindrique de la soupape de limitation de pression. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le fond de la chambre est occupé par un bloc recevant l'extrémité du ressort taré. Suivant une autre caractéristique, le bloc est une pièce cylindrique de section adaptée à celle de la chambre et comportant un bossage de centrage sur lequel est installé le ressort par ses premières spires. L'invention concerne également un accumulateur haute pression ou rampe commune d'un système d'injection de carburant équipé d'une telle soupape de limitation de pression. Enfin, l'invention concerne un système d'injection équipé d'un accumulateur muni 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 - 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 pres- Sion pour l'accumulateur haute pression de carburant selon l'invention. - La figure 3 est une vue en coupe d'une soupape de limitation de pres- sion connue. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, un système d'injection de carburant à 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 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 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 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 représentés 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 de limitation de pression 8 selon l'invention qui y limite la pression à une pression de consigne ou pression limite. 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 carbu- rant de l'accumulateur de s'échapper vers le réservoir 1 pour maintenir la pression dans l'accumulateur à la pression de consigne. La figure 2 montre en vue en coupe une soupape de limitation de pression selon l'invention d'un accumulateur haute pression 5. La soupape de limitation de pression représentée à la figure 2, porte la réfé- rence 200 pour en faciliter la description détaillée. Par convention, les termes "amont/aval" (ou avant/arrière), désignent respectivement un côté tourné vers l'accumulateur 5 ou vers le ressort taré. 6 La soupape 200 comporte un boîtier fixé à l'accumulateur haute pression 5, se composant d'un corps 220 de forme cylindrique fermé par un fond 221 formant une chambre 222 recevant un ressort hélicoïdal taré 223. L'avant de la chambre 222 est fermé par une tête 230 vissée au corps 220 et traversée par un passage 231 formant un siège 232 pour coopérer avec un piston 233. Le piston 233 en forme de tige s'appuie contre un piston intermédiaire 250. Le piston intermédiaire 250 est logé de manière mobile dans le cylindre formé dans la tête 230. Le piston intermédiaire 250 constitué par un disque circulaire épais, coulisse de manière étanche dans le cylindre 225 formé à l'extrémité du corps 220 de la soupape; il constitue un élément intermédiaire entre le piston 233 du pas-sage de régulation de pression 231 et le ressort 223 poussant le piston 233 contre son siège 232 pour définir la pression de consigne. Le cylindre 225 est réalisé avec un usinage précis. Son diamètre est légèrement supé- 15 rieur à celui de la chambre proprement dite 222 recevant la plus grande partie du ressort taré 223, de façon à ce que le ressort soit maintenu de façon bien centrée et que ses spires ne risquent pas de frotter contre la surface du cylindre 225, alors que le frottement éventuel du ressort 223 contre la paroi de sa chambre 222 ne détériore pas le fonctionnement de 20 la soupape. Le piston intermédiaire 250 délimite par sa face aval tour-née vers le ressort 223, la chambre 222 dans le corps 220. Cette chambre 222 loge le ressort taré 223 qui s'appuie, par ailleurs, contre le fond 221 de la chambre directement ou par l'intermédiaire d'un bloc 227 25 d'adaptation. Le bloc 227 comporte un bossage de centrage 228 autour duquel se positionnent les premières spires du ressort 223, de façon à tenir et guider le ressort. Le piston intermédiaire 250 a un diamètre avantageuse-ment compris entre 5 x 10-3 m et 4 x 10-2 m, de préférence entre 10-2 m et 30 2 x 10-2 m, par exemple un diamètre égal à 1,17 x 10-2 m ou 1,8 x 10-2 m. La chambre 222 est remplie avec du gasoil. L'amortissement est obtenu par l'écoulement du gasoil par un jeu sensiblement annulaire entre le pis-ton intermédiaire 250 et la paroi du cylindre 225. Le jeu, c'est-à-dire la différence des diamètres, est avantageusement compris entre 10-5 m et 35 2 x 10-3 m, de préférence ce jeu est compris entre 10-5 m et 10-4 m ; il est par exemple égal à 2 x 10-4 m ou 5 x 10-4 m. L'autre face du piston intermédiaire 250 est appuyée contre l'extrémité du piston 233. Le corps 220 de la soupape est muni d'un passage de sortie 224 relié comme cela est indiqué schématiquement, à la conduite de retour 9 vers le réservoir 1. Dans cet exemple le passage 224 est en fait dé-doublé sur le dessin de la figure 2; il y a deux passages diamétralement opposés par rapport à l'axe xx. Chacun de ces deux passages 224 est relié par une branche de conduite 91 ou 92 à la conduite de retour 9, commune arrivant au réservoir 1. Les passages 224 débouchent dans la chambre amont 226 et de là du cylindre 225 proprement dit, c'est-à-dire dans la partie de la chambre 226 située près de la tête 210. Le piston intermédiaire 250 ne peut atteindre la position de l'embouchure du ou des passages 224 du fait de la longueur du piston 231 et de sa position formant butée lorsqu'il est en appui contre le siège 232. Dans ces conditions, le contenu de la chambre 222, ne peut communiquer avec le passage 224 quelles que soient les conditions de fonctionnement de la soupape. 15 Le montage du piston intermédiaire 250 dans son cylindre 225 usiné dans le corps 220 est, comme déjà indiqué, un montage ajusté de façon à rendre le contact, piston intermédiaire 250-cylindre 225, pratiquement étanche pour définir en aval du piston intermédiaire 250, une chambre 222 étanche logeant le ressort taré 223. 20 En revanche la chambre amont 226 située du côté de la face amont du piston intermédiaire 250 et par ailleurs délimitée par la tête 230, est en communication avec la sortie 23 lb du passage de régulation de pression 231 de la soupape 200. L'entrée de ce passage porte la référence 231a. Le passage 231 forme un siège 232 avec lequel coopère une 25 surface conique ou torique du piston 233 pour fermer de manière étanche le passage 231 lorsque la pression régnant dans l'accumulateur 5, est inférieure ou le cas échéant juste égale à la pression tarée par le ressort 223. Le passage 231 dans la tête de la soupape 200 communique par son entrée 231a avec le volume de l'accumulateur haute pression 5. La géomé- 30 trie des différentes pièces composant la soupape est telle qu'en position de fermeture du siège 232 par le piston 233, le piston intermédiaire 250 n'est pas appliqué de manière étanche contre la sortie 23 lb, de façon que la force développée par le ressort taré 223 soit exercée intégralement sur le piston 233 ce qui permet de fixer de manière précise la pression de consi- 35 gne à laquelle s'ouvre la soupape 200. L'assemblage de la tête 230 et du corps 220 de la soupape se fait par vissage. La chambre 222 se termine au-delà par une partie 8 élargie 225 munie d'un filetage intérieur et la tête, est munie d'un filetage extérieur. Cet assemblage est, le cas échéant, complété par le sertis-sage du bord avant du cylindre 225 contre la tête 210, une fois le vissage 5 réalisé. Dans les conditions normales de fonctionnement lorsqu'il règne dans l'accumulateur 5 une pression supérieure à la pression extérieure notamment celle régnant dans la chambre 222 communiquant avec la sortie par le ou les perçages 224, la soupape 200 ferme l'accumulateur io haute pression 5 de manière étanche, le piston 233 étant appliqué contre son siège 232. En cas de surpression dépassant la pression de consigne de l'accumulateur haute pression 5, le piston 234 se soulève de son siège 232 dans l'accumulateur haute pression 5. 15 Le piston 233 est une pièce cylindrique dans sa partie servant au guidage dans le perçage de grand diamètre côté sortie 23 lb avec des évidements ou des méplats non détaillés formant des passages pour le liquide sortant de l'accumulateur 5 en direction de la chambre 226. Cette forme particulière connue en soi de l'arrière du piston 233 n'est pas repré- 20 sentée à la figure 2. La partie centrale de la tête 230 forme un bossage 236 légèrement en relief de façon que quelle que soit la position piston intermédiaire 250, il subsiste toujours un espace suffisant pour le passage du liquide. 25 La pression de consigne de la soupape de limitation de pression 200, est définie par le ressort taré 223 et par la surface de siège de la chambre 222 délimitée par le piston intermédiaire 250. Cette étanchéité n'est pas absolue de sorte que, la force de réaction exercée par le piston intermédiaire 250 sur le piston 231, est une 30 fonction des caractéristiques du ressort 223, de la compressibilité (même faible) du liquide dans la chambre 222, et des fuites de liquide entre le cylindre 225 et le piston 250. Cette combinaison de caractéristiques permet de réduire de manière significative les dimensions du ressort 223. A titre d'exemple, deux ressorts de soupape ont été réalisés, 35 l'un pour une soupape de type connu comme celle de la figure 3 et l'autre pour une soupape selon l'invention comportant un piston auxiliaire selon la figure 2. Ces ressorts ont donné des résultats différents, mais les res- 9 sorts avaient des caractéristiques dimensionnelles très différentes, comme cela est indiqué ci-après Pour les deux ressorts le diamètre extérieur 9mm, la raideur 46N/mm et l'effort installé 217N sont les mêmes. Ressort de soupape connue (figure 3) Longueur installée: 23,5mm Longueur à vide: 28,22mm 10 Diamètre de fil: 2, lmm Masse: 5,7g Facteur d'allongement: 4,09 Ressort de soupape selon l'invention (figure 2) 15 Longueur installée: 21, 5mm Longueur à vide: 26,22mm Diamètre de fil: 1, 9mm Masse: 4,8g (gain en matière de 16%) Facteur d'allongement: 3,69 20 Remarque : Le facteur d'allongement d'un ressort est le rapport entre sa longueur à vide et son diamètre actif. Ce rapport doit être le plus petit possible. Un rapport de 4 est une limite haute assurant une bonne stabilité du ressort. 25 La soupape de limitation de pression 200 selon l'invention est applicable aux systèmes d'injection de moteur à combustion à accumulateur haute pression. NOMENCLATURE 1 Réservoir 2 Filtre à carburant s 3 Pompe d'alimentation 4 Pompe haute pression Accumulateur haute pression de carburant 6 Injecteur 7 Centrale de commande 8 Soupape de limitation de pression 9 Retour 41 Conduite d'alimentation de l'accumulateur 61 Entrée de carburant 62 Retour de carburant 63 Ligne de commande 91 Conduite de retour 92 Conduite de retour 100 Soupape de limitation de pression, connue 120 Corps 121 Fond 122 Chambre 123 Ressort hélicoïdal 124 Perçage de sortie 125 Partie élargie 130A Tête de piston 131 Entrée 131a Entrée 131b Sortie 132 Siège 133 Piston 134 Disque de support 135 Orifice 136 Cavité 136a Fond de la cavité 136 137 Extrémité cylindrique 200 Soupape de limitation de pression selon l'invention 220 Corps 221 Fond 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 (231) muni d'un piston (233) soumis à l'action d'un ressort taré (223), entre l'entrée de la soupape (231a) reliée à. l'accumulateur haute pression (5) et sa sortie de retour (124) vers le réservoir (1), le piston (233) s'ouvrant vers le réservoir (1) contre l'action du ressort (223) 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 qu'elle comporte : - un piston intermédiaire (250) entre le piston de régulation (233) et le ressort taré (223) agissant sur le piston de régulation (233), - un cylindre (225) dans lequel coulisse le piston intermédiaire (250) soumis à l'action antagoniste du ressort taré (223) appliqué sur sa face aval et celle du piston de régulation (233) appliqué sur sa face amont et exposé à la pression de l'accumulateur haute pression (5), et assurant l'amortissement par le laminage de carburant dans le cylindre 225, - le piston intermédiaire (250) délimitant par sa face aval dans le corps (220), la chambre (222) logeant le ressort taré (223) et remplie de liquide, sa face amont s'appuyant contre le piston de régulation (233) et - une sortie (224) reliée au réservoir (1) débouchant dans la chambre amont (226) du boîtier côté face amont, dans laquelle débouche le pas- sage de régulation (231). 2°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier de la soupape est en deux parties(220, 230) avec un corps cy- lindrique (220) logeant le ressort taré (223) assemblé à une tête (230) au corps et comportant le passage de régulation de pression (231) avec un piston (233), en forme de tige coulissant dans le passage et coopérant avec un siège (232) du passage de régulation (231), - le corps cylindrique (220) se poursuivant à l'avant de la tête (230) par le 35 cylindre (225) recevant et guidant de manière étanche le piston intermédiaire (250). 3°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1,caractérisée en ce que le piston intermédiaire (250) est en forme de disque circulaire épais et le cylindre (225) a un diamètre légèrement supérieur à celui de la chambre (222) recevant le ressort (223). 4°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond (221) de la chambre (222) est occupé par un bloc (227) recevant l'extrémité du ressort taré (223). 10 5°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 4, caractérisée en ce que le bloc (227) est une pièce cylindrique de section adaptée à celle de la chambre (222) et comportant un bossage de centrage (228) sur lequel est 15 installé le ressort (223) par ses premières spires. 6°) Soupape de limitation de pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par 20 un jeu annulaire entre le piston intermédiaire (250) et le cylindre (225), ce jeu étant compris entre 10-5 et 2 x 10-3 m. 7°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 6, caractérisée en ce que 25 le jeu sensiblement annulaire entre le piston intermédiaire (250) et le cylindre (225) est compris entre 10-5 m et 10-4 m. 8°) Accumulateur de haute pression de système d'injection comportant une soupape de limitation de pression selon l'une quelconque des revendi-30 cations 1 à 7. 9°) Système d'injection haute pression, comportant l'accumulateur de haute pression équipé d'une soupape de limitation de pression selon l'une des revendications 1 à 7. 35