Brevet FR2969216A1 — publié le 20120622

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 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 limitation 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 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 dépasse ou commence à dépasser 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 sertie dans le corps. La tête comporte un passage 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. Or dans le cas de système d'injection, dont l'accumulateur à haute pression ne présente pas de fuite, il peut arriver qu'à l'arrêt, lorsque le moteur refroidit, il se développe une dépression dans la rampe com- mune. Cette dépression produit naturellement le dégazage du carburant qui reste dans la rampe commune. Ce dégazage est gênant pour le redé- marrage du moteur car les gaz dégagés du carburant doivent être évacués à travers les injecteurs et dans les chambres de combustion du moteur avant que la pression d'injection soit rétablie et que le dosage du carburant puisse se faire correctement en tenant compte des paramètres de s fonctionnement et en particulier de la pression d'injection. Cela se traduit par des retards au redémarrage considérés comme gênants surtout dans le cas d'un moteur fonctionnant en mode marche/arrêt à cause du refroidissement long. But de l'invention 10 La présente invention a pour but de développer une sou-pape de limitation de pression permettant d'éviter toute dépression dans la rampe commune sans réduire la sécurité du système d'injection en cas de surpression dans la rampe commune. Exposé et avantages de l'invention 15 A cet effet l'invention concerne une soupape de limitation de pression du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'elle comporte en parallèle au passage de régulation, un passage d'équilibrage de volume muni d'un clapet unidirectionnel fermé par la pression dans l'accumulateur et s'ouvrant en cas de dépression dans l'accumulateur, vis-à-vis de l'exté- 20 rieur. La soupape selon l'invention permet d'éviter toute dépression dans la rampe commune sans pour autant réduire la sécurité en cas de surpression dépassant la pression de consigne. Réciproquement, en cas de dépression à l'intérieur de la rampe commune, par exemple par 25 suite du refroidissement du moteur, l'équilibre du volume se fera à travers le passage d'équilibrage évitant ainsi tout dégazage ou formation d'un volume de vapeur de gaz dans la rampe commune. Ainsi la rampe commune sera toujours remplie totalement avec du carburant ce qui favorise la remontée en pression et le redémarrage du moteur. 30 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 sertie dans le corps et comportant le passage de régulation de pression avec un piston, en forme de tige cou-lissant dans le passage et coopérant avec un siège, 35 - le piston est porté par un disque d'appui du ressort taré, et, - le passage d'équilibrage est réalisé dans la tête. Cette réalisation du passage d'équilibrage dans la tête, facilite l'usinage puisque les perçages calibrés, tant pour le passage de régulation que pour le passage d'équilibrage, sont faits dans cette pièce. Suivant une autre caractéristique, le passage d'équilibrage est formé d'un perçage de grand diamètre, côté accumulateur, se poursuivant par un siège de clapet et d'un perçage de petit diamètre, et le clapet en forme de bille, est retenu de manière mobile dans le perçage de grand diamètre en étant poussé contre le siège par la pression du liquide dans l'accumulateur. Suivant une autre caractéristique, la bille est retenue dans le perçage de grand diamètre par un manchon de blocage, notamment un manchon métallique, élastique, fendu. La réalisation du passage d'équilibrage sous la forme d'un perçage de grand diamètre côté accumulateur, permet de réaliser ce pas- sage avec comme clapet, une bille retenue dans le perçage de grand dia-mètre, notamment par un manchon de blocage laissant à la bille une course lui permettant de s'écarter de son siège tout en la retenant suffisamment près du siège, pour éviter que les variations brusques de pression dans l'accumulateur, ne risquent de provoquer un soulèvement de la bille et ainsi une action s'opposant au fonctionnement du passage de régulation. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le clapet constitué par un anneau couvrant du côté extérieur le perçage du passage d'équilibrage débouchant dans l'accumulateur, facilite cette réali- sation puisque, comme la bille, l'anneau se met en place à partir du même côté de la tête. Suivant une autre caractéristique avantageuse, ce mode de réalisation du clapet et de son installation est particulièrement pratique puisqu'il suffit d'enfoncer l'anneau jusqu'à ce qu'il soit appliqué contre le fond de la tête, les branches radiales suivant le mouvement et s'arc-boutant ainsi contre le bossage de la tête. L'invention concerne également un accumulateur de haute pression (ou rampe commune) équipé d'une soupape de limitation de pression telle que définie ci-dessus. Enfin, l'invention concerne également un système d'injection comportant un accumulateur haute pression équi- pé 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 pression pour l'accumulateur haute pression de carburant. La figure 3 est une vue en coupe à échelle agrandie de la tête de la sou-pape de limitation de pression de la figure 2. io La figure 4 est une vue en coupe d'une douille du clapet unidirectionnel de la soupape de limitation de pression de la figure 2. - La figure 5 est une vue en coupe partielle à échelle très agrandie d'une variante de réalisation d'une soupape de limitation de pression selon l'invention. 15 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. 20 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 25 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 30 du vilebrequin, le capteur d'accélération, un ou des capteurs de température, ainsi que d'autres capteurs fournissant des signaux utilisés pour la gestion du moteur pour générer les signaux de commande, notamment 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 35 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 de limitation de pression 8 selon l'invention qui, d'une part limite la pression à une pression de consigne et d'autre part permet d'éviter une dé-pression. 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 sou-pape 8 s'ouvre et permet à du carburant de l'accumulateur 5 de s'échapper vers le réservoir 1 pour éviter une montée en pression au-delà d'une pression de consigne. En cas de situation anormale de dépression ou d'amorce de dépression dans l'accumulateur haute pression 5, la sou-pape 8 s'ouvre aussi et permet de faire revenir du carburant dans l'accumulateur 5 pour y éviter toute dépression. La figure 2 montre en vue en coupe un premier mode de réalisation d'une soupape de limitation de pression selon l'invention équi- pant un accumulateur haute pression 5. Pour simplifier la description, la soupape de limitation de pression représentée aux figures 2, 3, 4 porte la référence 100. La soupape 100 se compose d'un boîtier fixé à un support 110 de l'accumulateur haute pression 5. L'accumulateur haute pression 5 est situé à la figure 2 à gauche de la soupape de limitation de pression 100. 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 chambre 122 est fermé par une tête 130 sertie dans le corps 120 et traversée par un passage 131 formant un siège 132 pour coopérer avec un piston 133 en forme de tige portée par un disque 134 (encore appelé cale) 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 122 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. La soupape 100 est un composant à symétrie de rotation par rapport à son axe xx. Le passage 131 dans la tête 130, le piston 133 formant l'organe d'obturation, le disque 134 et le ressort taré 123 sont des éléments symétriques ou quasi-symétriques en rotation par rapport à l'axe xx. L'assemblage de la tête 130 et du corps 120 de la soupape se fait par sertissage en trois points répartis à 120°. La chambre 122 se termine par une partie élargie 125 munie d'un filetage intérieur 125A et l'extrémité cylindrique 137 de la tête 130 destinée à être assemblée au corps 120 est munie d'un filetage extérieur 137A d'assemblage avec l'accumulateur. Comme cela apparaît aux figures 2 et 3, la soupape 100 est équipée en parallèle au passage de régulation de pression 131 traversant la tête 130, d'un passage d'équilibrage 140 constitué par un perçage de grand diamètre 141 côté accumulateur 5, rejoignant un perçage de petit diamètre 143 en formant un épaulement conique 142. Le perçage de grand diamètre 141 reçoit un clapet en forme de bille 144 (figure 2), retenu dans ce perçage 141 par un manchon 145. Le clapet ainsi réalisé est un clapet unidirectionnel fermé par la pression régnant dans l'accumulateur haute pression 5 et poussant la bille 144 contre le siège conique 142 entourant le perçage de petit diamètre 143. 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, le piston 133 étant appliqué contre son siège 132 et sans perte de pression par le passage 140. 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 fait chuter la pression dans l'accumulateur haute pression 5, une pression sensiblement inférieure à la pression de consigne (« limp-home »), le passage d'équilibrage 140 restant évidemment fermé. En cas de dépression à l'intérieur de l'accumulateur haute pression 5, la bille 144 est rappelée et libère le siège d'étanchéité 142 de sorte que du liquide peut revenir de la chambre 122 du ressort 123 dans l'accumulateur haute pression 5 en contournant le piston 133 du passage de régulation de pression 131. Le passage d'équilibrage de volume 140 communique avec la chambre 122 du ressort 123 à travers le disque de support 134 qui reste en position de fermeture, appliquant le piston 133 contre son siège 132. La figure 3 montre de manière plus précise la forme de la tête 130 avec son passage 131, son entrée 131A, conique évasée, se pour-suivant par le siège conique 132 puis la partie élargie 131B constituant l'alésage de guidage du piston 133. Du côté du siège conique 132, le perçage de grand diamètre est élargi pour former une chambre favorisant l'écoulement du liquide lorsque le piston 133 est soulevé du siège 132. Le piston 133 est une pièce cylindrique dans la partie servant à son guidage dans le perçage de grand diamètre 131B avec des évidements 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 2. Elle permet en cours d'ouverture, une régulation de pression à une valeur plus faible que la valeur de consigne. Il est à no-ter que la surface du piston 133 est supérieure à celle du siège de sou-pape, en ce que une fois ouvert par une surpression, par exemple égale à 2 800 bars, le piston 133 comprime le ressort 123 et ne se referme pas. Le passage d'équilibrage 140 de préférence unique puisque s'agissant d'un très faible volume à équilibrer, apparaît clairement avec son perçage de grand diamètre 141 côté accumulateur haute pression 5, son siège conique 142 formant siège d'étanchéité et le perçage de petit diamètre 143 en aval de ce siège débouchant dans la cavité 136. La figure 3 montre clairement la partie centrale 136B du fond 136A de la cavité 136 qui est légèrement en relief de façon que quelle que soit la position du disque 134, il subsiste toujours un espace suffisant pour le passage du liquide en retour, de la chambre 122 vers l'accumulateur haute pression 5 en cas d'ouverture du passage 140 sous l'effet d'une dépression dans l'accumulateur 5. La figure 4 montre un exemple de réalisation du manchon élastique de blocage 145 retenant la bille 144 dans le perçage de grand diamètre 141 du passage 140. Il s'agit d'un manchon métallique, élastique, fendu par une fente 145A et dont les extrémités 145B, 145C, sont de forme conique pour faciliter son introduction de force dans le perçage 141 sans avoir à choisir d'orientation du manchon 145. Le positionnement du manchon 145 dans le perçage 141 est fait pour laisser à la bille 144 un jeu suffisant en retrait du siège 142, pour le passage du liquide. La figure 5 montre en vue en coupe, une variante de réalisation de la soupape de limitation de pression selon l'invention. Pour la description de cette variante, on utilisera les mêmes références que celles utilisées aux figures 2 à 4 pour désigner les mêmes éléments. Les éléments équivalents ou analogues, porteront les mêmes références numériques que précédemment complétées par le suffixe A. Selon la figure 5, cette variante 100A de soupape de limitation de pression selon l'invention équipe un accumulateur haute pression 5. La soupape 100A a un boîtier fixé à l'accumulateur haute pression 5 se composant d'un corps 120A cylindrique formant une chambre 122 recevant un ressort hélicoïdal taré 123. L'avant de la chambre 122 est fermé par une tête 130A sertie au corps 120A et traversée par un pas- sage 131 formant un siège 132 pour coopérer avec un piston 133 en forme de tige portée par un disque 134A constituant un support. Le disque 134A est logé dans la chambre 122. Le ressort 123 s'appuie au fond 121 de la chambre du corps cylindrique 120A et contre le disque 134A pour pousser le piston 133 contre son siège 132. Le corps 120A est muni d'un passage de sortie 124 relié à la conduite de retour vers le réservoir. Le passage 131 dans la tête 130A communique par son entrée 131A avec le volume de l'accumulateur haute pression 5 et sa sortie 131B communique avec le perçage de sortie 124. La géométrie des diffé- rentes pièces composant la soupape est telle qu'en position de fermeture du siège 132 par le piston 133, son disque 134A n'est pas appliqué de manière étanche contre le fond 136a de la cavité 136 dans la tête 130A de façon que la force développée par le ressort taré 123 soit exercée intégralement sur le piston 133 pour fixer de manière précise la pression de con- signe à laquelle s'ouvre la soupape 100A. La soupape 100A est aussi un composant à symétrie de rotation par rapport à son axe xx. Pour l'assemblage de la tête 130A et du 9 corps 120A de la soupape par vissage, la chambre 122 se termine par une partie élargie 125 munie d'un sertissage. La soupape 100A est équipée en parallèle au passage de régulation de pression 131 traversant la tête 130A, d'un passage d'équilibrage 140A constitué par un perçage de grand diamètre 141A côté chambre 122, rejoignant un perçage de petit diamètre 143A en formant un épaulement conique 142A. Le perçage de petit diamètre 143A débouchant du côté accumulateur 3 est fermé par un clapet 144A constitué par un anneau élastique dont une partie est appliquée contre l'orifice du perçage 143A. L'anneau formant clapet 144A porte des branches radiales 145A dirigées vers le centre de l'anneau et accrochées contre le bossage 136C venant en saillie de la tête 130A côté accumulateur 5. L'anneau est ainsi enclipé ou arc-bouté par ses branches radiales 145A pour être appliqué contre la tête 130A et notamment contre l'ouverture du perçage 143A. Cette application est renforcée par la pression régnant normalement côté accumulateur par rapport à la pression ambiante régnant dans la chambre 122. L'anneau 144A est élastique, par exemple en acier à ressort. Sous l'effet de la différence de pression entre la chambre 122 et l'accumu- lateur 5, en dépression, la partie de l'anneau 144A au droit du perçage 143A, se soulève et laisse passer du liquide vers l'accumulateur 5, supprimant ainsi la dépression qui y régnait. Le passage d'équilibrage 140A est de préférence unique puisque s'agissant d'un très faible volume à équilibrer La soupape de limitation de pression 100, 100A selon l'invention est applicable aux systèmes d'injection de moteur à combustion à accumulateur haute pression (ou rampe commune).30 i0 NOMENCLATURE 2 Réservoir Filtre à carburant 3 Pompe d'alimentation 4 Pompe haute pression 41 Conduite d'alimentation de l'accumulateur 5 Accumulateur haute pression de carburant 6 Injecteur io 61 Entrée de carburant 62 Retour de carburant 63 Ligne de commande 7 Centrale de commande 8 Soupape de limitation de pression 15 9 Retour 100, 100A Soupape de limitation de pression 110 Support du boîtier 120, 120A Corps de soupape 121 Fond 20 122 Chambre 123 Ressort hélicoïdal 124 Perçage de sortie 125 Partie élargie 130A Tête de piston 25 131 Passage de régulation de pression 131A Entrée du passage 131B Sortie du passage 132 Siège de soupape 133 Piston 30 134, 134A Disque de support 135 Orifice 136 Cavité 136A Fond de la cavité 136B Partie centrale de la cavité 35 136C Bossage 137 Extrémité cylindrique de la tête 140, 140A Passage d'équilibrage 141, 141A Perçage de grand diamètre 2, 142A 143, 143A 144 144A 145 145A 145B 145C 145A Siège ou siège d'étanchéité Perçage de petit diamètre Clapet en forme de bille Anneau formant un clapet Manchon de blocage Fente Extrémité Extrémité Branche 10 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) reliée 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 qu' elle comporte en parallèle au passage de régulation (131), un passage d'équilibrage de volume (140, 140A) muni d'un clapet unidirectionnel (144, 144A) fermé par la pression dans l'accumulateur (5) et s'ouvrant par la dépression régnant dans l'accumulateur (5), vis-à-vis de l'extérieur. 2°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier de la soupape est en deux parties (120, 130, 130A) avec un corps cylindrique (120) logeant le ressort taré (120) et une tête (130, 130A) vissée au corps et comportant le passage de régulation de pression (131) avec un piston (133), en forme de tige coulissant dans le pas-sage et coopérant avec un siège (132), - le piston (133) est porté par un disque d'appui (134, 134A) du ressort taré (123), et, le passage d'équilibrage (140, 140A) est réalisé dans la tête (130, 130A). 3°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que le passage d'équilibrage (140) est formé d'un perçage de grand diamètre (141), côté accumulateur (5), se poursuivant par un siège de clapet (142) et d'un perçage de petit diamètre (143), et le clapet (144) en forme de bille, est retenu de manière mobile dans le perçage de grand diamètre (141) en 35 étant poussé contre le siège (142) par la pression du liquide dans l'accumulateur (5). 4°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 3, 13 caractérisée en ce que la bille (144) est retenue dans le perçage de grand diamètre (141) par un manchon de blocage (145), notamment un manchon métallique, élastique, fendu. 5°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 2, caractérisée en ce que le passage d'équilibrage (140A) est formé d'un perçage de grand diamètre (141A) côté chambre (122) et communiquant avec un perçage de petit diamètre (143A) débouchant de la tête (130A) du côté de l'accumulateur (5), et le clapet (144A) est un anneau élastique, fixé à la face de la tête (130A) et couvrant de manière élastique, l'entrée du perçage de petit dia-mètre (143A), pour être appliqué élastiquement contre cette entrée et se soulever en cas de dépression régnant dans l'accumulateur (5) par rapport à une chambre (122). 6°) Soupape de limitation de pression selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'anneau formant le clapet (144A) est fixé à la tête (130A) par des branches radiales (145A), dirigées vers le centre de l'anneau et clipées sur un bossage (136A) dépassant du milieu de la tête (130A) et entourant l'entrée (131A) du passage de régulation (131). 7°) Accumulateur haute pression de système d'injection équipé d'une sou-25 pape de limitation de pression selon l'une des revendications 1 à 6. 8°) Système d'injection à haute pression équipé d'un accumulateur haute pression selon la revendication 7. 30