Brevet FR2973092A1 — publié le 20120928

Dispositif d'obturation, régulateur de pression comportant un tel dispositif, dispositif d'injection diesel comportant un tel régulateur, moteur diesel et véhicule comportant un tel moteur. L'invention se rapporte principalement à un dispositif d'obturation, à un régulateur de pression pour dispositif d'injection d'un moteur diesel, à un moteur diesel muni d'un tel dispositif, ainsi qu'à un véhicule comportant un tel moteur. 10 De nombreux dispositifs mettent en oeuvre des obturateurs susceptibles, sur commande, d'isoler, ou au contraire de mettre en communication, deux volumes, typiquement deux volumes remplis avec un fluide sous des pressions différentes. Les performances ou le comportement d'un dispositif d'obturation peuvent présenter une influence non négligeable sur le comportement et/ou les 15 performances d'un ensemble incorporant un tel dispositif d'obturation. Cela est particulièrement important dans le cas de dispositifs d'obturation soumis à des différences de pression importantes comme par exemple les obturateurs mis en oeuvre au niveau du gicleur d'un régulateur de pression d'un moteur diesel. 20 Un moteur diesel pour véhicule automobile (typiquement véhicule de moins de 3,5 x 106g)de type connu comporte typiquement une pluralité de cylindres, chacun équipé d'un injecteur haute pression assurant, sur commande électrique, l'injection de gas oil formant carburant, à une pression pouvant atteindre ou dépasser 2,5 108 Pa. Chaque injecteur comporte une chambre d'injection reliée 25 d'une part, en permanence à un accumulateur haute pression appelé « rail » ou « common rail » et d'autre part, un trou d'injection relié au cylindre à alimenter. Une aiguille d'injecteur disposée dans la chambre de pression est entraînée par un actuateur électrique tel qu'une bobine /aimant électrique, un électro aimant ou un actuateur piézoélectrique, entre une première position d'injection dans laquelle la 30 chambre de pression est reliée au trou d'injection et une seconde position dans laquelle l'aiguille obstrue le passage entre la chambre de pression et le trou d'injection . Un régulateur de type connu comporte un gicleur de décharge vers le réservoir de gas oil à pression atmosphérique ou au-dessus de la pression atmosphérique, dont l'ouverture, en cas de surpression dans l'accumulateur, est 35 assurée, sur commande d'un calculateur, par un actuateur électrique, de déplacement d'une tige dont une extrémité assure la fermeture hermétique du gicleur. De manière connue, ladite tige formant un dispositif d'obturation du régulateur est 40 munie d'une bille appliquée grâce à la tige sur un siège. Il est connu de munir l'extrémité de la tige, également appelée l'aiguille d'une empreinte de faible profondeur de guidage de la bille. L'empreinte est obtenue, de manière connue par application d'une force axiale sur la tige qui la transmet à l'aiguille assurant la formation d'une calotte sphérique concave à l'extrémité de l'aiguille. Dans les 45 régulateurs de type connu, la bille a un diamètre de 1,2 mm alors que l'empreinte a une profondeur de 25 µm de profondeur et le rayon de courbure de la bille (0,6 mm). La Demanderesse a découvert que l'empreinte de type connu de faible profondeur et du même rayon de courbure que la bille, bien que assurant un guidage, et par suite une position stable, dans l'axe du siège lors de phases de 50 fermeture du régulateur n'assure pas le guidage latéral de la bille lors de5 l'ouverture du gicleur du régulateur. En effet, dans ce cas la bille est soumise au flux du gas oil qui passe par le gicleur avec possibilité de cavitation et de formation de vortex avec oscillation latérale (perpendiculaire à l'axe de la tige) et formation d'ondes de pression dans le gas oil. L'amplitude et la fréquence de ces vibrations, entraînant des bruits gênants pour l'utilisateur du véhicule sont liées au niveau de contre pression dans le circuit retour du gas oil. La Demanderesse a découvert que les bruits générés par les régulateurs de pression de type connu provenaient principalement de l'instabilité de flux d'écoulement de gas oil autour de la bille engendrant des cavitations vortex et analogues. De plus, la Demanderesse a découvert que pour des différences de pression comprises entre 2 105 Pa et 7 105 Pa, les fréquences engendrées peuvent entrer en résonance avec le volume de gas oil basse pression contenu dans le régulateur de pression. C'est un but de la présente invention d'offrir un dispositif d'obturation présentant une stabilité améliorée et notamment un dispositif d'obturation permettant de réaliser un régulateur de pression pour dispositif d'injection diesel dont la stabilité permet de diminuer les bruits de fonctionnement du régulateur de pression. Ce but est atteint en munissant le dispositif d'obturation des moyens de guidage 20 latéral. Ce moyen de guidage latéral est par exemple constitué par une empreinte concave de profondeur importante. La Demanderesse s'est toutefois aperçue qu'une telle empreinte pouvait provoquer des problèmes d'hystérésis notamment dus aux difficultés de corriger 25 la non coaxialite entre la tige des moyens d'obturation et le siège des moyens de réception de la bille. D'une part l'hystérésis a la fermeture, par exemple le cahier de charges typique correspond à une différence de pression d'hystérésis inférieure ou égale à 3 10 Pa pour un débit compris entre 0 et 20 1/h. L'augmentation de la profondeur de l'empreinte de réception de la bille dans la tige peut amener à des 30 différences de pression d'hystérésis pouvant atteindre ou dépasser 3,2 10' Pa. Entre la pression d'ouverture (par exemple égale à 1,2 108 Pa et la pression de fermeture par exemple égale à 9,8 108 Pa. D'autre part, un problème d'hystérésis à la fermeture du dispositif d'obturation peut apparaître en cas d'un guidage plus précis (empreinte plus profonde) et en cas de non coaxialité entre l'axe de la tige 35 et par suite la bille et l'axe du siège résultant en des forces de friction plus importantes entre la tige et ses moyens de guidage pour des levées faibles et/ou des forces de friction augmentées entre la bille et le siège. L'invention a également pour but de diminuer l'hystérésis à l'ouverture et à la 40 fermeture du dispositif d'obturation selon la présente invention. Ce but est atteint par des moyens permettant un déplacement latéral limité de la bille ou d'un autre élément de contact avec le siège. Ce déplacement latéral limité est par exemple obtenu par un rayon de courbure de la cavité de réception de la 45 bille à l'extrémité de la tige supérieur au rayon de la bille ou par un jeu dans les moyens de guidage d'un élément de réception dans la tige de moyens de fixation d'un élément d'application sur le siège, typiquement d'une bille. L'invention a principalement pour objet un dispositif d'obturation comportant un siège présentant un axe un élément d'obturation et des moyens d'application 50 hermétique dudit élément d'obturation sur ledit siège caractérisé en ce que les moyens d'application hermétique de l'élément d'obturation sur le siège sont munis de moyens de guidage latéral par rapport audit axe dudit élément d'obturation. L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage latéral comportent un jeu fonctionnel supérieur ou égal à une distance entre ledit axe du siège et un axe d'application des moyens d'application hermétique de l'élément d'obturation. L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que l'élément d'obturation comporte une surface ayant la forme d'une calotte sphérique de contact avec une surface en vis-à-vis dudit siège ayant un rayon rl et en ce que les moyens de guidage latéral forment une cavité à une extrémité desdits moyens d'application, ladite cavité ayant une profondeur p supérieure à 20% du rayon rl. L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que ladite cavité a une profondeur p comprise entre 24% et 40% du rayon rl . L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que ladite cavité 20 a une profondeur p comprise entre 28% et 35% du rayon rl . L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que l'élément d'obturation est une bille et en ce que les moyens d'application hermétique comportent une tige. L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que la cavité est une calotte sphérique, concave. L'invention a également pour objet un dispositif caractérisé en ce que la cavité a 30 un rayon r2 supérieur ou égal à 1,25 fois le rayon rl. L'invention a également pour objet un régulateur de pression pour dispositif d'injection diesel haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'obturation selon l'invention. L'invention a également pour objet un dispositif d'injection diesel haute pression comportant une pompe susceptible d'alimenter en gas oil un accumulateur haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur selon l'invention connecté audit accumulateur et à un réservoir de gas oil. L'invention a également pour objet un dispositif d'injection diesel haute pression comportant une pompe susceptible d'alimenter en gas oil un accumulateur haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur selon l'invention connecté audit accumulateur et à un filtre d'alimentation de ladite pompe. L'invention a également pour objet un moteur diesel caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection selon l'invention. 25 35 40 45 L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'invention. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un régulateur selon la présente invention ; 10 - la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'un dispositif d'obturation selon l'invention susceptible d'être mis en oeuvre dans un régulateur tel qu'illustré sur la figure 1 : - la figure 3 est une vue à plus grande échelle de l'exemple préféré de réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention 15 susceptible d'être mis en oeuvre dans un régulateur de pression tel qu'illustré sur la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention susceptible d'être mis en oeuvre dans un régulateur tel qu'illustré sur la figure 1 ; 20 - la figure 5 est une vue en coupe d'un quatrième exemple de réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention susceptible d'être mis en oeuvre dans un régulateur tel qu'illustré sur la figure 1 ; - la figure 6 est une vue en coupe d'un cinquième exemple de réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention susceptible 25 d'être mis en oeuvre dans un régulateur tel qu'illustré sur la figure 1 ; - la figure 7 est une vue en coupe d'un sixième exemple de réalisation d'un dispositif d'obturation selon la présente invention susceptible d'être mis en oeuvre dans un régulateur tel qu'illustré sur la figure 1 ; - la figure 8 est une vue d'un premier exemple de réalisation d'un 30 dispositif d'injection selon la présente invention ; - la figure 9 est une vue d'un second exemple de réalisation d'un dispositif d'injection selon la présente invention ; - la figure 10 est une vue en perspective avec arrachement partiel d'un véhicule selon la présente invention ; 35 - la figure 11 est une vue en perspective avec arrachement partiel, à plus grande échelle d'un moteur selon la présente invention du véhicule de la figure 10. Sur les figures 1 à 11, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes 40 éléments. Sur la figure 1, on peut voir un régulateur 31 selon la présente invention. Toutefois, les caractéristiques innovantes décrites ci-après, en référence aux figures 2 à 7 ne sont pas visibles sur la figure 1 au vue de son échelle. Cette figure 45 est identique à la figure 6 de la demande de brevet n° FR 0905090. Le régulateur 31 selon l'invention comportant un gicleur 33 dont l'entrée 35 est reliée à l'accumulateur de gas oil sous pression et dont les canaux de sortie 37 50 basse pression sont susceptibles d'être reliés au réservoir de gas oil du véhicule (figure 9) et/ou à un filtre de gas oil (figure 8). Une tige 39 assure, sur commande d'un calculateur, la fermeture du gicleur 33, par exemple en appliquant une bille 41 sur un siège du gicleur 33. Le régulateur 31 comporte un actuateur 43 d'entraînement de la tige 39 vers la position fermée comportant par exemple une bobine fixe 57 et un noyau magnétique 55 solidarisé avec la tige 39. Le régulateur 31, comporte avantageusement, un ressort de rappel 45 assurant une force de fermeture du régulateur assurant la génération d'une pression dans l'accumulateur en cas de panne électrique. Sur la figure 2, on peut voir un exemple de réalisation de la partie hydraulique formant un dispositif d'obturation composé d'un gicleur 33 mis en oeuvre dans un régulateur 31 selon la présente invention. La partie hydraulique comporte une tige 39 d'extrémité 59 assurant le guidage d'une bille 41 laquelle assure l'étanchéité en état fermé sur une pièce formant siège hydraulique sensiblement tronconique 61 prolongée par le canal de sortie latéral connecté à l'accumulateur. Le siège 61 forme avantageusement un angle compris entre 50 et 180° pour assurer la stabilité de la régulation de pression. Le diamètre du siège est 20 avantageusement compris entre 0,9 mm et 2mm. Le diamètre du siège dépend de l'angle et du diamètre de la bille 41. Avantageusement, on limite l'encombrement de la bille qui doit, de préférence, être inférieure à quelques mm par exemple égale à 1,2 mm. 25 L'extrémité 59 de la tige 39 comporte une cavité 1 de réception partielle et de guidage de la bille 41. Il est à noter que cette cavité n'est pas représentée à l'échelle, pour des raisons de lisibilité, comme n'est pas représentée à l'échelle l'empreinte symbolisée sur la figure 7 du brevet FR 0905090. La bille 41 a un 30 rayon rl par exemple égal à 0,6 mm. Selon l'invention, la profondeur p de la cavité 1 est au moins égale à 20% du rayon rl (0,12 mm pour une bille de 1,2 mm). Par exemple la profondeur p est comprise entre 20% et 60% du rayon rl de la bille 41, de préférence comprise entre 24% et 40% du rayon rl de la bille 41, de manière encore préférée comprise entre 28% et 35% du rayon rl de la bille 41. 35 Dans l'exemple préféré de réalisation, la profondeur p est égale à 30,9% du rayon rl de la bille 41 c'est-à-dire une profondeur p de 0,185 mm pour une bille de 1,2 mm de diamètre. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la cavité 1 de réception partielle et de 40 guidage de la bille 41 a la forme concave (c'est-à-dire creuse) d'une calotte sphérique dont le rayon de courbure est égal à ri. Ainsi, on facilite la formation de la cavité 1 par déformation plastique de l'extrémité 59 de la tige 39 en lui appliquant une force dans l'axe de la tige 39 en direction du gicleur 33 (force dirigée vers le bas sur les figures 1 et 2). 45 L'exemple de réalisation de l'obturateur selon la présente invention illustré sur la figure 2, est particulièrement performant dans le cas de l'alignement parfait du fond de la cavité 1 avec un axe 3 du gicleur 33. Dans le cas de la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication susceptible d'engendrer des défauts d'alignement de l'axe 3 avec la position de repos de la bille 41 au fond de la cavité 1, il peut apparaître des problèmes d'hystérésis à l'ouverture et à la fermeture du régulateur de pression 31. Dans un tel cas, il est avantageux, comme illustré sur la figure 3, de former une cavité 1 laissant une liberté de mouvement latérale (c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe 3) à la bille 41. Par exemple, la cavité 1 répond aux mêmes critères de profondeur p que la cavité 1 de la figure 2 mais forme une calotte sphérique creuse dont le rayon de courbure r2 (non illustré) est supérieur au rayon de courbure rl de la bille 41. La différence entre les rayons de courbure r2 et rl est fonction de tolérance de fabrication et donc de tolérance d'alignement entre l'axe 3 du gicleur 33 et l'axe de la tige 39. Par exemple, pour une bille 41 ayant un diamètre de 1,2 mm un débattement latéral de +/- 2,5 gm a permis de supprimer le problème d'hystérésis à l'ouverture et à la fermeture du à la coaxialité de la bille 41 et du siège 61 du gicleur 33. Avantageusement r2 est supérieur ou égal à 1,25 x rl. Il est bien entendu que la cavité 1 peut avoir toutes les formes désirées et n'est en aucun cas limitée aux calottes sphériques creuses à partir du moment où elle comporte des zones de guidage axiales, (typiquement le fond de la cavité 1) et des zones de guidage latéral typiquement le rebord de la cavité débouchant sur l'extrémité 59 de la tige 39. Des solutions alternatives de guidage de la pièce d'obturation 41' du dispositif d'obturation selon la présente invention sont illustrées sur les figures 4 à 7. 25 Sur la figure 4 on peut voir un dispositif d'obturation selon la présente invention muni d'un élément d'obturation 41', avantageusement sphérique accouplé avec la tige 39 par une tige 5 dont le diamètre est inférieur au diamètre de la tige 39. Dans l'exemple illustré sur la figure 4 la tige 5 pénètre dans un trou borgne 7 pratiqué à 30 l'extrémité 59 de la tige 39. Avantageusement, le trou 7 et la tige 5 sont cylindriques. Avantageusement, le diamètre du trou 7 de réception de la tige 5 a un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de ladite tige 5 formant un jeu permettant de compenser les problèmes éventuels de coaxialité entre l'axe de la tige 39 et l'axe du siège du dispositif d'obturation selon la présente invention. 35 L'exemple illustré sur la figure 5 diffère de l'exemple illustré sur la figure 4 en ce que les trous 7 et la tige 5 sont coniques ou tronconiques (non illustrés). Avantageusement, on ménage un jeu entre le cône formé par la tige 5 supportant l'élément d'obturation 41' (avantageusement sphériques ou sensiblement 40 sphériques) et le cône concave du trou 7 de réception de ladite tige 5. Sur la figure 6 on peut voir un exemple de réalisation d'un obturateur selon la présente invention comportant une cavité, un complexe de réception de l'élément d'obturation, typiquement d'une bille 41. Dans l'exemple illustré, on a réalisé tout 45 d'abord une empreinte conique ayant un angle aigu par usinage notamment perçage, matrissage ou autre, puis la cavité 1 a été agrandie par un deuxième usinage par exemple conique présentant un angle supérieur ou égal à 60° par rapport à l'axe 3. La zone tronconique est prolongée vers l'extrémité 59 de la tige 39 par une zone par exemple cylindrique. 50 En variante, le premier usinage, typiquement conique peut être prolongé par un usinage sphérique dont le rayon de courbure est supérieur à la courbure de la bille. Avantageusement, l'ouverture 1 de la figure 6 assure un guidage de l'axe 41 avec jeu latéral. Sur la figure 7, on peut voir un dispositif d'obturation comportant une tige 39 reliée par un élément de liaison flexible 9 supportant un élément d'obturation, typiquement une bille 41. L'élément de liaison flexible 9 peut correspondre à une zone de la tige 39 de plus faible épaisseur ou à un élément rapporté fixé et solidarisé par tout moyen tel que soudure, sertissage ou autre. La présente invention a également pour objet un dispositif d'injection diesel haute pression tel que illustré sur les figures 8 et 9, un moteur 67, illustré sur la figure 11 comportant un tel dispositif d'injection ainsi qu'un véhicule 63 (figure 11) comportant un tel dispositif d'injection. Le véhicule 63 comporte un réservoir 69 relié par une liaison basse pression 71 à une pompe haute pression 73 avantageusement à travers un filtre à carburant 75. La sortie de la pompe haute pression 73 est reliée par une liaison haute pression 77 à un accumulateur ou rail 65. Un régulateur 31 selon la présente invention est disposé, avantageusement, à une extrémité de l'accumulateur 65 muni par ailleurs d'un capteur de pression 79 relié par une liaison électrique à un calculateur électronique EDC 81. L'accumulateur 65 est relié par des liaisons haute pression 77 à une pluralité d'injecteurs 83 (typiquement un par cylindre 85). Le retour (basse pression) de carburant s'effectue soit vers le filtre 75 à une pression avantageusement comprise entre 0 et 12 x 105 Pa tel qu'illustré sur la figure 8 et/ou vers le réservoir 69, avantageusement à pression atmosphérique tel qu'illustré sur la figure 9. Avantageusement, le moteur comporte en outre, un débitmètre massique d'air 87 relié au calculateur 81, un capteur de vitesse 89 d'un vilebrequin 91, un capteur 93 de température du liquide de refroidissement du moteur 67 et une pédale d'accélérateur munie d'un capteur de position de ladite pédale. La présente invention s'applique notamment à l'industrie automobile et du poids lourd. La présente invention s'applique principalement à l'industrie du moteur diesel. 40 45 35 50 NOMENCLATURE (1) cavité (3) axe (5) tige (7) trous (9) élément de liaison flexible (31) régulateur (33) gicleur (35) entrée (37) sortie (39) tige (41, 41') élément d'obturation, bille (43) actuateur (45) ressort de rappel (55) noyau magnétique (57) bobine fixe (59) extrémité (61) siège (63) véhicule (65) accumulateur (67) moteur (69) réservoir (71) liaison basse pression (73) pompe (75) filtre à carburant (77) liaison haute pression (79) capteur de pression (81) calculateur électronique (83) injecteurs (85) cylindre (87) débitmètre massique d'air (89) capteur de vitesse (91) vilebrequin (93) capteur de température 45 REVENDICATIONS1. Dispositif d'obturation comportant un siège (61) présentant un axe (3) un élément d'obturation (41, 41') et des moyens (39) d'application hermétique dudit élément d'obturation (41, 41') sur ledit siège (61) caractérisé en ce que les moyens (39) d'application hermétique de l'élément d'obturation (41, 41') sur le siège sont munis de moyens (1) de guidage latéral par rapport audit axe (3) dudit élément d'obturation (41, 41'). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage latéral comportent un jeu fonctionnel supérieur ou égal à une distance entre ledit axe (3) du siège (61) et un axe d'application des moyens (39) d'application hermétique de l'élément d'obturation. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément d'obturation (41, 41') comporte une surface ayant la forme d'une calotte sphérique de contact avec une surface en vis-à-vis dudit siège (61) ayant un rayon rl et en ce que les moyens (1) de guidage latéral forment une cavité à une extrémité (59) desdits moyens (39) d'application, ladite cavité ayant une profondeur p supérieure à 20% du rayon rl. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisée en ce que ladite cavité (1) a 25 une profondeur p comprise entre 24% et 40% du rayon rl. 5. Dispositif selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que ladite cavité (1) a une profondeur p comprise entre 28% et 35% du rayon rl. 30 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément d'obturation (41) est une bille et en ce que les moyens (39) d'application hermétique comportent une tige. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en 35 ce que la cavité (1) est une calotte sphérique, concave. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la cavité (1) a un rayon r2 supérieur ou égal à 1,25 fois le rayon rl. 9. Régulateur de pression pour dispositif d'injection diesel haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'obturation selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Dispositif d'injection diesel haute pression comportant une pompe (73) 10 susceptible d'alimenter en gas oil un accumulateur haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur selon la revendication 9 connecté audit accumulateur (65) et à un réservoir (69) de gas oil. 11. Dispositif d'injection diesel haute pression comportant une pompe (73) 15 susceptible d'alimenter en gas oil un accumulateur haute pression caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur selon la revendication 9 connecté audit accumulateur (65) et à un filtre (75) d'alimentation de ladite pompe (73). 12. Moteur diesel caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection 20 selon la revendication 11. 13. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (67) selon la revendication 12. 25 30