Brevet FR2989430A1 — publié le 20131018

Valve de limitation de pression à double seuil. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une valve de limitation de pression à double seuil, en particulier pour la sécurité des circuits sous haute pression. TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les circuits pour l'injection à haute pression sont utilisés par exemple sur les moteurs Diesel où la pression d'injection peut dépasser 1000 bars. Il est important de prévoir un système de sécurité afin d'éviter que la pression ne dépasse un certain seuil, au-delà duquel des dommages seraient causés au circuit. Un dépassement de la pression limite est la conséquence d'un dysfonctionnement d'un organe du circuit. Il convient donc que la pression ne soit pas simplement régulée à la valeur limite, mais que la mise en fonction du système de sécurité se traduise par un événement perceptible par l'utilisateur. Une technique utilisée en ce sens est de réguler la pression à une pression de maintien inférieure à la valeur limite après que celle-ci ait été atteinte. C'est ce qu'on appelle des valves de limitation à double seuil. Le document EP 466 081 Al montre un exemple d'une valve réalisant cette fonction. La valve de limitation de pression à double seuil comporte un support destiné à être fixé de manière étanche au circuit haute pression et un piston monté coulissant dans un logement du support. Un premier passage est prévu pour mettre en communication fluidique le conduit et le logement, avec une bille interposée entre le piston et le passage, prenant appui contre un siège dans le prolongement du passage pour réaliser une étanchéité entre le logement et le passage lorsque la bille est en appui contre le piston. Un ressort pousse le piston en direction de la bille pour la plaquer contre le siège. Un jeu de fuite acceptable est réalisé entre l'alésage et le piston et un deuxième passage est prévu entre l'alésage et un ou plusieurs orifices d'évacuation pour collecter et évacuer le fluide en provenance du premier passage. La bille est maintenue contre le siège et ferme la valve tant que la pression du fluide dans le premier passage est inférieure à une valeur limite correspondant à la force du ressort divisée par la surface de la section de la bille exposée à la pression. Après l'ouverture de la bille, le piston est exposé également à la pression et la force d'appui sur la bille est diminuée de cette contre-force de pression. Le fluide dans le logement s'évacue par le ou les perçages perpendiculaires à l'axe du piston. Après l'ouverture de la valve, la pression est régulée par des mouvements de piston devant les lumières à un niveau inférieur à la pression limite. Le système reste opérationnel, mais à un niveau de performance amoindri. Ceci est suffisant pour garder la fonction, mais alerte l'utilisateur du dysfonctionnement. La réalisation de l'étanchéité entre la bille et le siège est un point primordial pour la qualité de la valve. Les surfaces de contact doivent être d'une grande régularité. La régularité de la surface d'une bille est potentiellement très bonne, avec des coûts de réalisation raisonnables. Par contre l'usinage d'un siège conique au fond d'un logement est problématique. Par ailleurs, si l'angle de cône du siège est faible, la bille pourrait avoir tendance à se coincer sur le siège, ce qui entraînerait une hystérésis par collage inacceptable. Pour avoir un angle plus ouvert, avec une même section pour l'appui de la bille sur le siège, il est nécessaire d'augmenter le diamètre de la bille. Cependant, celui-ci est limité par la taille du logement du piston dans le cas de la réalisation du cône par un usinage profond. De même, dans le cas d'un usinage profond le rapport entre la pression limite et la pression de maintien est limité par la contrainte sur la dimension de la bille relativement au diamètre du piston. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention vise à fournir une valve de limitation de pression à double seuil permettant de réguler la pression à une pression de maintien inférieure à la valeur limite après que celle-ci ait été atteinte, sans que la bille puisse se coincer, avec des coûts de production avantageux, et avec une liberté de choix du rapport entre la pression limite et la pression de maintien. EXPOSÉ DE L'INVENTION Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une valve de limitation de pression à double seuil pour un circuit à haute pression, la valve comportant un support destiné à être fixé de manière étanche à un conduit du circuit, un piston monté coulissant dans un logement du support, un premier passage pour mettre en communication fluidique le conduit et le logement, une bille interposée entre le piston et le passage, la bille prenant appui contre un siège dans le prolongement du passage pour réaliser une étanchéité entre le logement et le premier passage lorsque la bille est en appui contre le siège, un deuxième passage entre le logement et un orifice d'évacuation, caractérisé en ce que le support comporte un corps dans lequel le logement est réalisé et un élément de siège dans lequel sont réalisés le siège et le premier passage, le corps et le support étant assemblés par des moyens d'assemblage. En réalisant le support en deux parties, il est possible de placer une bille d'un diamètre qui n'est pas contraint par celui du piston. On a ainsi une plus grande 35 liberté de choix sur le rapport entre les pressions limite et de maintien. De plus, le siège étant réalisé affleurant sur l'élément de siège, celui-ci est facilement accessible à des moyens de réalisation et on peut ainsi obtenir une grande précision et la contrôler. En augmentant le diamètre de la bille, on diminue la conicité du siège requise et on élimine les risques de coincement. Ainsi l'effort de contact bille sur siège est réduit et la bille ne porte pas sur l'arête de raccordement du perçage avec le cône. De manière complémentaire, la valve comporte des moyens de retenue de la bille pour limiter la course de la bille à l'opposé du siège. Lorsque la bille n'est plus en appui sur le siège, elle vient contre les moyens de retenue qui assurent le passage du fluide lorsque la bille se retrouve emportée par ce dernier et pourrait venir obturer le passage vers le piston. Une fois la bille soulevée par la pression du fluide, elle n'interagit plus avec le piston. Celui-ci joue alors un rôle de régulation de la pression de maintien. Selon un mode de réalisation, le diamètre de la bille est supérieur à celui du piston et la bille est logée dans un lamage du corps, les moyens de retenue étant formés par un fond du lamage comportant des singularités sur lesquelles la bille vient en appui en laissant un passage fluidique entre le lamage et le logement. Bien que la bille soit en butée, elle n'obture pas le fond du lamage et laisse passer le fluide. D'autres moyens pourraient être utilisés, comme un canal de dérivation entre le lamage et le logement ou encore par une pièce intermédiaire ajoutée. Selon une disposition constructive, la valve comporte des moyens élastiques tendant à mettre le piston en appui contre la bille pour l'appuyer sur le siège dans une position de fermeture. La force avec laquelle les moyens élastiques appuient sur le piston, et donc la bille, déterminent, en lien avec le diamètre du contact entre la bille et le siège, la pression limite qui va provoquer le décollement de la bille du siège. Ils déterminent également, en lien avec le diamètre du piston, la pression de maintien avec laquelle le piston sera en équilibre entre l'action des moyens élastiques et celle de la pression de maintien. De manière particulière, le piston obture le deuxième passage lorsque la valve est en position de fermeture, et le découvre lorsqu'il se déplace à l'encontre des moyens élastiques pour réaliser une régulation de pression. Une plus grande ouverture du deuxième passage va laisser s'échapper plus de fluide et diminuer la pression du fluide dans le logement. Le piston est alors moins poussé à l'encontre des moyens élastiques et revient pour fermer plus l'écoulement du fluide. Un équilibre est ainsi trouvé. Selon un perfectionnement, le siège comporte une surépaisseur sur laquelle la bille vient en contact. On peut ainsi réaliser une surface de contact entre le siège et la bille uniquement sur la zone utile et faciliter ainsi les opérations d'usinage du siège en prévoyant la surépaisseur uniquement dans la zone utile. Selon un autre perfectionnement, le support comporte un cône d'entrée par lequel le premier passage débouche dans le conduit. Ce cône peut servir à recevoir un connecteur pour la réalisation de tests de la valve. Il peut aussi servir de centrage lors de l'opération de finition du siège de la bille. Selon une caractéristique constructive, le support comporte des moyens d'étanchéité supérieurs et des moyens d'étanchéité inférieurs, pour réaliser l'étanchéité entre le support et le conduit, l'orifice d'évacuation étant situé entre les moyens d'étanchéité supérieurs et inférieurs. On réalise ainsi un espace de récupération du fluide à évacuer entre les deux moyens d'étanchéité. L'étanchéité supérieure, à faible pression, est réalisée facilement par des moyens d'étanchéité traditionnels. Les moyens d'étanchéité inférieurs, soumis à la haute pression, sont réalisés par exemple par un appui métal sur métal. De manière complémentaire, le support comporte un troisième passage qui débouche d'une part dans le logement et d'autre part entre les moyens d'étanchéité supérieurs et inférieurs. Les suintements possibles entre le piston et le logement sont également collectés par le troisième passage et par l'espace de récupération. Selon un autre perfectionnement, la valve comporte un bouchon, le bouchon comportant un guidage dans laquelle le piston est monté coulissant, le bouchon fermant le logement. Ce montage permet de mieux guider le piston pour qu'il conserve un bon alignement sans risque d'arc-boutement. Le bouchon ferme également le logement pour empêcher les fuites de liquide. D'une manière particulière, les moyens élastiques sont formés par un ressort prenant appui d'une part sur le bouchon et d'autre part sur une collerette du piston. Selon un perfectionnement, le bouchon est une vis qui coopère avec le logement. On peut ainsi régler la position axiale du bouchon, ce qui détermine une force 25 d'appui du ressort sur le piston. On obtient ainsi un réglage de la pression limite. La pression de maintien est également affectée par ce réglage. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres 30 particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une valve de limitation de pression conforme à un mode de 35 réalisation de l'invention, montée sur un conduit et en position de fermeture ; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue du détail III de la figure 1 ; - la figure 4 est un diagramme temporel de la pression dans le conduit équipé de la valve de la figure 1 - la figure 5 est une vue similaire à la figure 1, en position d'ouverture. DESCRIPTION DETAILLÉE Une valve de limitation de pression à double seuil conforme à un mode de réalisation de l'invention est montrée sur les figures 1 à 3. Une telle valve est montrée montée sur un conduit 1. La valve comporte un support 2 de forme générale cylindrique ayant un axe de support A. Le support 2 est formé d'un corps 20 et d'un élément de siège 21. Le corps 20 se termine par une lèvre 91 qui est rabattue dans une gorge circulaire 90 de l'élément de siège 21 pour réaliser un sertissage entre le corps 20 et l'élément de siège 21. La lèvre 91 et la gorge circulaire 90 forme des moyens d'assemblage 9 du support 2. Le conduit 1, de forme tubulaire, comporte un alésage épaulé 10 et un filetage intérieur 11. Le support 2 est centré dans l'alésage épaulé 10 et comporte une couronne 22 filetée qui coopère avec le filetage intérieur 11 pour assembler la valve sur le conduit 1. Le conduit 1 se termine sensiblement au niveau de la couronne 22 filetée et est raccordé à son autre extrémité à des organes non représentés. L'élément de siège 21 comporte une nervure 231 circulaire faisant saillie vers l'épaulement 232 de l'alésage 10. La nervure 231 et l'épaulement 232 constituent des moyens d'étanchéité inférieurs 23 de la valve. La valve comporte en outre des moyens d'étanchéité supérieurs 24 à proximité de la couronne 22 sous la forme d'un joint torique 241 placé dans une gorge circulaire 242. L'étanchéité est ainsi réalisée entre l'alésage épaulé 10 et le support 2. Le conduit 1 comporte en outre un canal d'évacuation 12, disposé de manière radiale et débouchant dans un espace de récupération 3, entre les moyens d'étanchéité supérieurs 24 et les moyens d'étanchéité inférieurs 23. Le canal d'évacuation 12 est destiné à être connecté à une conduite de collecte du fluide relâché pour limiter la pression, non représentée. L'élément de siège 21 est percé par un premier passage 211 dans l'axe de support A. Le premier passage 211 débouche du côté du conduit 1 par un cône d'entrée 213 et de l'autre côté par un siège 212 de forme conique. La valve comporte en outre une bille 4 destinée à prendre appui sur le siège 212, un piston 5 monté coulissant selon l'axe de support A et destiné à appuyer la bille 4 contre le siège 212, et un bouchon 6 guidant le piston 5 en coulissement. Le corps 20 comporte un lamage 202 dans lequel la bille 4 se loge. Le lamage 202 est suivi par un logement 203 pour le piston 5. Le logement 203 comporte un col 2032 dans lequel l'extrémité 50 du piston 5 est montée coulissante et une chambre 2031, de diamètre supérieur à celui du col 2032. La chambre 2031 est fermée par le bouchon 6 qui est vissé sur le corps 20 et qui comporte un joint torique 60 d'étanchéité. Le bouchon 6 est arrêté en rotation par des moyens de freinage, comme par exemple une goupille 61 entre cuir et chair. Par ailleurs, un troisième passage 204 relie la chambre 2031 et l'espace de récupération 3. Le piston 5 comporte une collerette 51 qui s'étend dans la chambre 2031 à proximité du col 2032. Un ressort 7 hélicoïdal entoure le piston 5 et prend appui d'une part sur le bouchon 6 et d'autre part sur la collerette 51. Le ressort 7 forme ainsi des moyens élastiques qui tendent à pousser le piston 5 contre la bille 4. Pour guider le piston 5 en coulissement, le bouchon 6 comporte un guidage 62 centré sur l'axe de support A. Le piston 5 est ajusté dans le guidage 62. Des moyens de communication fluidique entre le guidage 62 et la chambre 2031 sont prévus pour éviter de bloquer par un effet de pompage le coulissement du piston 5. Pour cela, le piston 5 comporte par exemple un méplat 52 qui s'étend sur la portion du piston 5 qui coulisse dans le guidage du bouchon 6 et qui réalise un canal entre la chambre 2031 et l'extrémité du piston 5. Le corps 20 comporte de deuxièmes passages 205 qui s'étendent radialement en débouchant au niveau du col 2032. Les deuxièmes passages 205 sont obturés par le piston 5 lorsque la valve est dans une position de fermeture, c'est-à-dire lorsque le piston 5 est en appui contre la bille 4 et que la bille 4 est en appui sur le siège 212. Les deuxièmes passages 205 débouchent dans l'espace de récupération 3 par un orifice d'évacuation 206, entre le support 2 et le conduit 1. Le lamage 202 comporte un fond plat 81 au niveau de la jonction avec le col 2032. Deux entailles 82 sont réalisées sur le bord du fond plat 81 à la jonction avec le col 2032, comme le montre la figure 2. Ainsi, lorsque la bille 4 est en butée contre le col 2032, elle prend appui sur l'arête entre le fond plat 81 et le col 2032, mais un fluide peut passer par les entailles 82 entre le logement 203 et le lamage 202. L'arête forme une singularité qui est en relief par rapport aux entailles 82. On forme ainsi des moyens de retenue 8 de la bille 4 qui ne ferment pas le passage du fluide. En se référant à la figure 3, le siège 212 comporte une surépaisseur 2120 au niveau du contact avec la bille 4. Cette surépaisseur 2120 est localisée. Par ailleurs, l'élément de siège 21 comporte un cône d'entrée 213 par lequel le premier passage 211 débouche dans le conduit 1. Ce cône d'entrée permet de réduire la longueur de perçage de petit diamètre, mais surtout de connecter rapidement la valve lors des opérations de calibration. L'élément de siège 21 est réalisé par exemple en acier trempé ou en céramique. De préférence, ce matériau 5 est dur, de manière à réaliser une étanchéité durable entre le siège 212 et la bille 4, même avec une grande force d'appui développée par le ressort. Le fait que cet élément soit distinct du corps 20 permet de choisir un matériau adapté à cette fonction. Ceci permet également 10 de réaliser le siège 212 avec une grande précision géométrique, par exemple en rectifiant la surépaisseur 2120 par une meule tournant autour d'un axe oblique par rapport à l'axe de support A pendant que l'élément de siège 21 tourne autour de l'axe de support A. On peut 15 également prévoir en outre un mouvement de translation de la meule dans une direction parallèle à une génératrice du cône du siège 212. En réalisant une surépaisseur 2120, on limite les opérations de finition de la surface de la surépaisseur 2120. 20 L'extrémité du piston 5 en contact avec la bille 4 pourra recevoir un traitement localisé afin de durcir sa surface, et ainsi éviter un matage qui fausserait la calibration. En fonctionnement, le ressort 7 plaque le piston 5 25 vers la bille 4 qui est ainsi appliquée sur le siège 212. Un fluide sous pression tel que de l'huile ou du carburant occupe le conduit 1. Le fluide passe par le premier passage 211 et exerce une force sur la bille 4 à l'encontre du ressort 7. Tant que la pression est 30 inférieure à une pression limite Pl, le fluide est arrêté par la bille 4 et l'étanchéité réalisée par le contact entre la bille 4 et le siège 212. La pression limite Pl vaut la force d'appui du ressort 7 sur la bille 4 divisée par la surface du disque délimité par le cercle de 35 contact entre la bille 4 et le siège 212. Comme le montre la figure 4, lorsque la pression du fluide dans le conduit 1 atteint la pression limite Pl, la bille 4 se soulève et quitte le siège 212. Le fluide emplit alors le lamage 202 et vient exercer sa pression sur l'extrémité du piston 5. La force exercée par le piston 5 sur la bille 4 est alors diminuée de la force de pression du fluide sur le piston 5. Le diamètre du piston 5 a été choisi supérieur à celui du cercle de contact entre la bille 4 et le siège 212, de telle sorte que la pression du fluide fait reculer le piston 5 dans le logement 203. Le fluide atteint alors les deuxièmes passages 205 par lesquels il peut s'échapper vers l'espace de récupération 3 puis par le canal d'évacuation 12. La bille 4 est alors en appui contre les moyens de retenue 8 et n'est plus en contact avec le piston 5. Cette position est dite d'ouverture, comme montré sur la figure 5. Lorsque le fluide s'échappe ainsi, sa pression diminue à un niveau correspondant sensiblement à celle qui équilibre la force du ressort 7. On appelle cette pression la pression de maintien Pm, et elle vaut sensiblement la force du ressort 7 dans cette position divisée par la section du piston 5. La courbe de la figure 4 montre pendant cette période un palier P à la pression de maintien Pm. Lorsqu'on arrête l'alimentation du fluide, la 25 pression s'annule. Le piston 5 repousse à nouveau la bille 4 sur son siège 212 et la valve retrouve la position fermée. On peut dire qu'elle est réarmée et elle est à nouveau opérationnelle pour s'ouvrir à la pression limite Pl dans un nouveau cycle. 30 Les éventuels suintements entre le piston 5 et le col 2032 sont récupérés dans la chambre 2031 puis évacués par le troisième passage 204 vers l'espace de récupération 3. De même, les éventuels suintements au niveau des moyens d'étanchéité inférieurs 23 sont 35 récoltés dans l'espace de récupération 3. Une telle valve peut être utilisée sur les circuits d'alimentation en carburant dit à rampe commune pour les moteurs, mais aussi dans tout autre application nécessitant de limiter la pression à une pression limite puis de maintenir une pression de maintien.5 REVENDICATIONS1. Valve de limitation de pression à double seuil pour un circuit à haute pression, la valve comportant un support (2) destiné à être fixé de manière étanche à un conduit (1) du circuit, un piston (5) monté coulissant dans un logement (203) du support (2), un premier passage (211) pour mettre en communication fluidique le conduit (1) et le logement (203), une bille (4) interposée entre le piston (5) et le premier passage (211), la bille (4) prenant appui contre un siège (212) dans le prolongement du passage pour réaliser une étanchéité entre le logement (203) et le premier passage (211) lorsque la bille (4) est en appui contre le siège (212), un deuxième passage (205) entre le logement (203) et un orifice d'évacuation (206), caractérisé en ce que le support (2) comporte un corps (20) dans lequel le logement (203) est réalisé et un élément de siège (21) dans lequel sont réalisés le siège (212) et le premier passage (211), le corps (20) et le support (2) étant assemblés par des moyens d'assemblage (9). 2. Valve selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens de retenue (8) de la bille (4) pour limiter la course de la bille (4) à l'opposé du siège (212). 3. Valve selon la revendication 2, dans laquelle le diamètre de la bille (4) est supérieur à celui du piston (5), la bille (4) étant logée dans un lamage (202) du corps (20), les moyens de retenue (8) étant formé par un fond (81) du lamage comportant des singularités sur lesquelles la bille (4) vient en appui en laissant un passage fluidique entre le lamage (202) et le logement (203). 4. Valve selon la revendication 1, caractériséen ce qu'elle comporte des moyens élastiques (7) tendant à mettre le piston (5) en appui contre la bille (4) pour l'appuyer sur le siège (212) dans une position de fermeture. 5. Valve selon la revendication 3, dans laquelle le piston (5) obture le deuxième passage (205) lorsque la valve est en position de fermeture, et le découvre lorsqu'il se déplace à l'encontre des moyens élastiques (7) pour réaliser une régulation de pression. 6. Valve selon la revendication 1, dans laquelle le siège (212) comporte une surépaisseur (2120) sur lequel la bille (4) vient en contact. 7. Valve selon la revendication 1, dans laquelle le support (2) comporte un cône d'entrée (213) par lequel le premier passage (211) débouche dans le conduit (1). 8. Valve selon la revendication 1, dans laquelle le support (2) comporte des moyens d'étanchéité supérieurs (24) « basse pression » et des moyens d'étanchéité inférieurs (23) « haute pression », pour réaliser l'étanchéité entre le support (2) et le conduit (1), l'orifice d'évacuation (206) étant situé entre les moyens d'étanchéité supérieurs (24) et inférieurs (23). 9. Valve selon la revendication 8, dans laquelle le support (2) comporte un troisième passage (204) qui débouche d'une part dans le logement (203) et d'autre part entre les moyens d'étanchéité supérieurs (24) et inférieurs (23). 10. Valve selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un bouchon (6), le bouchon (6) comportant un guidage (62) dans lequel le piston (5) est monté coulissant, le bouchon (6) fermant le logement (203).