Brevet FR3002983A1 — publié le 20140912

DESCRIPTION Domaine de la technique La présente invention est en rapport avec les soupapes employées dans la ligne de retour des injecteurs de moteurs de combustion qui garantissent une contrepression de travail appropriée. État de la technique Dans les systèmes d'injection diesel à rampe commune à haute pression, l'ouverture et fermeture des injecteurs est réalisée par le biais d'un système électrohydraulique. Une électrovanne ouvre ou ferme une chambre sur la partie postérieure de l'aiguille de fermeture de l'injecteur, en obtenant l'application d'une pression hydraulique différentielle sur ladite aiguille, en l'éloignant de son siège pour ouvrir l'injecteur ou en permettant son retour par le biais d'un ressort poussoir. Le remplissage ou la vidange de la chambre postérieure de l'aiguille, résulte du renvoi naturel d'une certaine quantité de carburant entrant, de retour vers le réservoir. Les tuyauteries de retour de tous les injecteurs (normalement 1 par cylindre) confluent dans une tuyauterie commune, qui rejoint ensuite la ligne générale de retour du système, tout ce surplus de combustible étant canalisé vers le réservoir. Le fonctionnement correct des injecteurs dans la phase de fermeture, requiert qu'à la sortie de retour de ceux-ci, c'est à dire, dans la tuyauterie commune de retour, existe une certaine contrepression, dont la valeur soit dépendante du type d'injecteur dont il s'agit. Le temps de fermeture de l'injecteur étant dépendant, à son tour, entre autres facteurs, de cette contrepression. Pour obtenir des niveaux de efficacité et sonorité optimaux dans le procédé de combustion de cycle diesel, ainsi qu'une émission minimale de contaminant, surtout par rapport aux moteurs à injection directe, qui sont les plus fréquents de nos jours par rapport à la technologie "Common Rail" pour véhicules de tourisme et industriels petits, il est indispensable de diviser chaque événement d'injection (dosage du carburant dans chaque cylindre) en plusieurs sous-phases, c'est à dire en une sous-séquence d'événements d'injection très courts et suivis, ce qui permet une meilleure distribution dans le temps, de la quantité totale de combustible à injecter, en la réalisant avec un profil temporaire approprié en fonction des objectifs précités. Particulièrement importante est la soi-disante injection pilote, constituée par les événements d'injection préliminaires, de courte durée, qui précèdent l'événement d'injection principale, au moyen de laquelle on réussit à faire que la pression de combustion augmente de manière progressive, en réduisant le bruit perceptible par l'utilisateur et en obtenant un fonctionnement au ralenti plus stable et doux. Sur le marché existent deux types basiques d'injecteurs : ceux à ouverture commandée par une soupape à actionnement de type solénoïde et ceux à ouverture commandée par une soupape à actionnement piézoélectrique. Les injecteurs avec soupape de type solénoïde se distinguent par leur robustesse et leur prix réduit, toutefois ils présentent certaines limitations en ce qui concerne le temps de réponse, ce qui limite, à son tour, l'obtention du cycle d'injection séquencé. Leurs caractéristiques et rapport coût/performances, font que ces injecteurs soient appliqués de préférence sur des véhicules de type industriel ou semi-industriel, ce qui habituellement est connu comme fourgonnette, car dans ces véhicules il est possible de faire quelques concessions en ce qui concerne le niveau de confort et de sonorité, en échange d'un moindre coût. En revanche, les injecteurs avec soupape de type piézoélectrique ne présentent pas cette limitation en ce qui concerne le temps de réponse, permettant l'obtention d'une séquence d'impulsions d'injection commandée d'une manière très précise, mais par contre ces injecteurs sont plus chers, étant de ce fait employés de préférence dans des véhicules, comme les voitures, dans lesquels le niveau de sonorité a une plus grande importance en comparaison avec les véhicules de type industriel. Des différences considérables existent en ce qui concerne les exigences établies pour la soupape qui assure la contrepression dans la ligne de retour des injecteurs par rapport aux systèmes basés sur des injecteurs avec soupape de type solénoïde et les systèmes basés sur des injecteurs avec soupape de type piézoélectrique. Les différences les plus importantes, sont deux, et elles sont étroitement en rapport entre elles et avec la construction de la soupape : a) Débit minimal de travail du système, car la contrepression minimale stipulée doit être assurée pour ce débit, ce qui tout d'abord signifie que la soupape en état fermé ne peut pas avoir un débit de fuite supérieur à celui-ci, car on n'atteindrait jamais la pression d'ouverture, qui est la stipulée minimale, et deuxièmement, que la soupape en état ouvert doit assurer une contrepression stable. b) Stabilité de la contrepression, car dans un système travaillant avec des petits débits comme celui basé sur des injecteurs avec soupape de type piézoélectrique, toute oscillation de la contrepression, comme par exemple, celles induites par des phénomènes mécaniques d'oscillation du mécanisme de la soupape, répercute sur le fonctionnement du moteur, surtout à des régimes bas. Le système basé sur des injecteurs avec soupape de type solénoïde est beaucoup moins sensible à ce type d'oscillations. La justification de ce comportement se trouve dans l'interaction entre la force exercée par le fluide sur l'obturateur aux divers débits, et la forces antagoniste exercée par le ressort sur l'obturateur. Du point de vue constructif, il existe deux possibles solutions de la soupape de contrepression. 1. Soupape basée sur une bille et un siège de préférence conique. Cette construction permet l'emploi d'une bille en acier comme élément obturateur, solution bon marché, et par le biais de laquelle on peut obtenir une bonne qualité de fermeture ou d'étanchéité entre la bille obturatrice et le siège aménagé dans le corps de soupape, en assurant de cette manière l'étanchéité à des pressions inférieures à celle d'ouverture Cette réalisation présente nonobstant, le désavantage du fait que la caractéristique pression-débit est instable autour du point d'ouverture, car la soupape tend à passer du régime de fuite (bille appliquée contre le siège) au régime de pleine ouverture, en étant nécessaire un certain débit pour maintenir la bille stable sans oscillation par rapport au point de fermeture. 2. Soupape basée sur un obturateur plat ou de plaque. Dans cette construction, la pièce de fermeture ou obturateur a une géométrie essentiellement plane, et malgré le fait de disposer des mêmes degrés de liberté que la bille, il commence le mouvement d'ouverture de manière différente à la bille, et ne génère pas d'oscillations dans la caractéristique pression-débit. Cette réalisation a, cependant, l'inconvénient du fait qu'il est très difficile d'obtenir, dans le tronçon de fuite dans lequel la soupape n'est pas encore ouverte, un taux de fuite comparable à celui de la bille, lequel est nécessaire car, à un régime de débit très bas, les systèmes pourvus d'injecteurs avec soupape de type piézoélectrique fournissent un débit de retour des injecteurs comparable au régime de fuites de la soupape, de manière à ce lorsque le débit de fuite de la soupape est supérieur à celui de retour des injecteurs, on n'assure pas la contrepression minimale exigée, tout le débit se perdant à une pression inférieure à celle d'ouverture, et le système ne fonctionne pas. Des réalisations de soupape avec obturateur plat aptes à satisfaire ces requêtes sont connues, dan lesquelles aussi bien l'obturateur que le corps de soupape dans la zone de siège de l'obturateur, sont rectifiés, ces deux pièces étant métalliques ; mais ces solutions ont un coût élevé. D'autres réalisations connues consistent à employer une pièce en élastomère, de préférence sous forme de disque, comme obturateur; cette solution présentant des problèmes, non seulement de coût, mais également de fonctionnement, car même les meilleurs élastomères techniques présentent des phénomènes de gonflement en contact avec le combustible, des déformations permanentes dans les -15 zones soumises à compression (contact avec le siège et avec le ressort), lesquels mettent en danger la stabilité de la soupape, à long terme. Objet de l'invention 20 Selon la présente invention, on propose une soupape de contrepression basée sur un obturateur plat pour injecteurs de combustible, laquelle présente des caractéristiques structurelles innovantes qui solutionnent les problèmes de coût et de performances des réalisations déjà connues, en particulier par rapport aux injecteurs qui possèdent une soupape de type piézoélectrique. 25 La soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, faisant l'objet de l'invention comprend un corps de soupape avec une conduite axiale en son sein pour le passage de combustible depuis une zone d'entrée vers une zone de sortie, ainsi qu'un siège de soupape sur lequel est appuyé de manière sélective un obturateur qui est poussé contre 30 ledit siège de soupape par l'action d'un ressort. De cette manière lorsque la pression du combustible est supérieure à la force exercée par le ressort, l'obturateur se déplace par rapport au siège de soupape et il se produit le passage de combustible depuis la zone d'entrée vers la zone de sortie. 35 L'obturateur de la soupape de contrepression comprend une plaque avec ses grandes faces planes, sur chacune desquelles est définie une saillie axiale, une des deux saillies étant employés de manière indistincte pour l'accouplement de l'obturateur avec le ressort. L'obturateur présente une symétrie essentiellement spéculaire par rapport à son plan médian parallèle aux grandes faces de la plaque. Les saillies axiales se trouvent centrées sur la plaque de l'obturateur et il est prévu qu'elles présentent une forme de « Y une forme de croix ou une forme tubulaire. L'obturateur est réalisé par injection dans une matière plastique non renforcée, c'est à dire, une matière à laquelle on n'ajoute aucune charge minérale, ni des fibres de verre, ni d'autres éléments pouvant provoquer l'apparition d'une certaine rugosité superficielle sur les faces planes de l'obturateur. L'apparition de cette rugosité serait contreproductive pour la position de travail dans laquelle la soupape est enfermée, car il peut y avoir des fuites non voulues dans la zone d'accouplement de l'obturateur avec le siège de soupape. Le siège de soupape comprend un épaulement annulaire présentant une surface supérieure plane, essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps de soupape, sur laquelle la plaque d'obturateur fait contact, pour réaliser ainsi une fermeture hermétique de la conduite de passage de combustible. De la sorte, la planéité de la zone de contact entre la surface supérieure de l'épaulement annulaire du siège de soupape et la plaque de l'obturateur, est essentielle pour éviter des fuites non voulues de combustible. Le ressort de la soupape est relié par une extrémité à unes de saillies axiales de la plaque de l'obturateur et par l'autre extrémité il est relié à un croisillon présentant des trous axiaux pour la sortie de combustible. Par ailleurs, par rapport à la zone d'entrée de combustible, le corps de soupape peut incorporer en option un filtre de maille. De même, la plaque de l'obturateur présente sur sa périphérie des lobes de guidage par contact coulissant avec la paroi intérieure du corps de soupape, de manière que l'obturateur se trouve à tout moment centré et guidé dans la conduite axiale pendant son déplacement par rapport au siège de soupape. Il est prévu que la plaque de l'obturateur présente sur sa périphérie trois lobes ou plus pour le contact par coulissement avec la paroi intérieur du corps de soupape. Dans un exemple de réalisation de l'invention, la plaque de l'obturateur présente quatre lobes qui sont disposés sur sa périphérie dans des positions angulaires respectives à 00, 90°, 180 et 2700. On obtient ainsi une soupape de contrepression avec obturateur plat économique, qui assure une contrepression stable dans la ligne de retour des injecteurs lorsque l'on travail avec des débits de combustible réduits inhérents aux moteurs de combustion diesel qui utilisent des injecteurs avec soupape de type piézoélectrique. Description des figures La figure 1 montre une vue en perspective inférieure d'une section longitudinale de la soupape de contrepression de l'invention. La figure 2 montre une vue en perspective supérieure d'une section longitudinale de la soupape. La figure 3 montre une vue avant en coupe de la soupape. La figure 4 est une vue en perspective de l'obturateur disposé à l'intérieur de la soupape. La figure 5 montre une vue en perspective du corps extérieur de la soupape avant l'incorporation de l'ensemble d'éléments de l'intérieur de la soupape. Description détaillée de l'invention. La soupape de contrepression de l'invention est prévue pour être située sur la ligne de retour des injecteurs qui est disposée entre la sortie de l'excès de combustible des injecteurs et le réservoir de combustible, et elle est constituée par un corps de soupape (1) qui en son sein définit une conduite (2) axiale pour le passage de combustible depuis une zone d'entrée de combustible indiquée avec la référence (E) vers une zone de sortie de combustible indiquée avec la référence (S). Comme on peut observer dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, à l'intérieur du corps de soupape (1) est défini un siège de soupape (3) sur lequel est appuyé de manière sélective un obturateur (4) qui est poussé contre ledit siège de soupape (3) par l'action d'un ressort (5), de manière à ce qu'à la position normale de repos de la soupape , l'obturateur (4) réalise une fermeture étanche de la conduite (2) en s'appuyant sur le siège de soupape (3) par l'action exercé par le ressort (5), tandis que lorsqu'il y a un retour de combustible depuis les injecteurs, le combustible entre dans la soupape par la zone d'entrée (E), de manière que lorsque la pression exercée dépasse une valeur prédéterminée la force antagoniste du ressort (5) est surmontée, en déplaçant l'obturateur (4) et en laissant libre la conduite (2) pour le passage de combustible vers la zone de sortie (S), depuis laquelle on le conduit à nouveau au réservoir de combustible (non représenté). Pour réaliser la fermeture hermétique de la conduite (2), l'obturateur (4) comprend une plaque (7) avec ses grandes faces planes. Dans l'exemple de réalisation montré dans les figures, la plaque (7) a une forme de disque, or elle pourrait présenter d'autres formes géométriques, comme par exemple une forme carrée ou une autre similaire, mais en tout cas l'obturateur (4) doit présenter une forme plane dans ses grandes faces, pour garantir un contact étroit avec le siège de soupape (3). L'obturateur (4) présente une symétrie essentiellement spéculaire par rapport à son plan médian (P), ce plan médian (P) étant parallèle aux grandes faces planes de la plaque (7), comme on peut observer dans l'exemple de réalisation de la figure 3. La plaque (7) présente sur les deux faces une saillie axiale (8) qui se trouve alignée au centre de l'obturateur (4). Corne on peut observer dans la figure 3, une des saillies axiales (8) s'emboîte sur une extrémité du ressort (5), en pouvant choisir de manière indistincte l'une quelconque des deux saillies axiales (8) pour s'accoupler au ressort (5), grâce à la forme symétrique de l'obturateur (4). On a prévu que les saillies axiales (8) aient une forme de croix, une forme tubulaire ou une forme de « Y » comme celle montrée dans l'exemple de réalisation des figures. De même, l'obturateur (4) présente des lobes (9) situés sur la périphérie de la plaque (7) de l'obturateur (4). Les lobes (9) font contact par glissement avec la paroi intérieure du corps de soupape (1), de manière que l'obturateur (4) se trouve centré et guidé à tout moment à l'intérieur du corps de soupape (1). De la sorte, lorsque la pression exercée par le combustible oblige l'obturateur (4) à se déplacer par rapport au siège de soupape (3), le combustible se dirige vers la zone de sortie (S) en passant à travers la conduite (2) par l'espace défini entre les lobes (9) de la plaque (7) et la paroi intérieure du corps de soupape (1). Dans l'exemple de réalisation montré dans les figures, l'obturateur (4) présente une plaque (7) avec quatre lobes (9) qui sont disposés sur la périphérie de la plaque (7) dans des positions angulaires à 00, 90°, 180° et 270°, or les lobes (9) pourraient être au nombre de trois ou plus sans que cela ne modifie le concept de l'invention. Comme on peut observer en détail dans les figures 1 et 3, le siège de soupape (3) comprend un épaulement annulaire (6), lequel présente une surface supérieure plane essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps de soupape (1), sur laquelle fait contact la plaque (7) de l'obturateur (4) pour réaliser la fermeture étanche de la conduite (2) de passage de combustible. Le ressort (5) s'emboîte par une extrémité dans une des saillies axiales (8) de la plaque (7), tandis que par l'extrémité opposée il s'emboîte dans un croisillon (10) disposé dans la zone de sortie (S) de la soupape. Comme on peut observer dans les figures 2 et 3, le croisillon (10) présente des trous axiaux (11) pour la sortie de combustible vers l'extérieur. L'obturateur (4) est réalisé en une seule pièce de matière plastique injectée qui présente des caractéristiques de planéité et rugosité similaires à celle des obturateurs métalliques de coût plus élevé qui sont fabriqués par tournage et rectification. La matière employée est une matière plastique non renforcée, c'est à dire qu'elle ne présente pas de charges minérales, de fibres de verre ni d'éléments similaires, car les matières plastiques renforcées avec de tels éléments donne lieu à des surfaces avec une rugosité superficielle excessive pour cette application, en pouvant donner lieu à des fuites de combustibles non voulues lors de la fermeture définie entre la surface plane de l'obturateur (4) et l'épaulement annulaire (6) du siège de soupape (3). Par rapport à la zone d'entrée de combustible (E) de la soupape on dispose de manière optionnelle un filtre (12) de maille métallique. La fixation du filtre (12) à la soupape est réalisée par le biais d'une lèvre bordée (13) qui est définie comme une prolongation annulaire du corps de soupape (1). De manière analogue, une autre lèvre bordée (14) est employée pour fixer à la soupape le croisillon (10) disposé près de la zone de sortie (S) de combustible. De la sorte, dans la figure 5 on observe le corps de soupape (1) avant de réaliser la fixation du filtre (12) et le croisillon (10), de manière à ce que les lèvres bordées (13, 14) soient définies comme des prolongations annulaires du corps de soupape (1). Ainsi, le corps de soupape (1) coiffe ses extrémités par le biais des lèvres bordées (13, 14) qui fixent, respectivement, le filtre de maille (12) et le croisillon (10) au corps de soupape (1). La conduite (2) axiale interne du corps de soupape (1) présente dans la zone d'entrée (E) un étranglement (15) du passage de combustible, pour tirer profit au maximum de la surface active du filtre (12) et pour optimiser les caractéristiques de la dynamique des fluides de la soupape. REVENDICATIONS1. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible comprenant un corps de soupape (1) avec une conduite (2) axiale en son sein pour le passage de combustible depuis une zone d'entrée (E) vers une zone de sortie (S) et un siège de soupape (3) sur lequel est appuyé de manière sélective un obturateur (4) qui est poussé contre ledit siège de soupape (3) par l'action d'un ressort (5), de manière à ce que lorsque la pression du combustible dans la zone d'entrée (E) est supérieure à la force exercée par le ressort (5), l'obturateur (4) se déplace par lo rapport au siège de soupape (3) et se produise le passage de combustible depuis ladite zone d'entrée (E) vers la zone de sortie (S), caractérisée en ce que l'obturateur (4) comprend une plaque (7) en matière plastique non renforcée, avec ses grandes faces planes, dans chacune desquelles est définie une saillie axiale (8), une des saillies axiales (8) étant utilisée pour l'accouplement de l'obturateur 15 (4) avec le ressort (5), et où l'obturateur (4) présente une symétrie essentiellement spéculaire par rapport à son plan médian (P) parallèle aux grandes faces planes de la plaque (7). 2. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première 20 revendication, caractérisée en ce que la plaque (7) de l'obturateur (4) présente sur sa périphérie des lobes de guidage par contact coulissant avec la paroi intérieure du corps de soupape (1) pour centrer et guider l'obturateur (4) dans la conduite (2) axiale pendant son déplacement. 25 3. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première revendication, caractérisée en ce que le siège de soupape (3) comprend un épaulement annulaire (6) présentant une surface supérieure plane, essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal du corps de soupape (1), sur laquelle la plaque (7) de l'obturateur (4) fait contact, pour réaliser ainsi une 30 fermeture étanche de la conduite (2) axiale de passage de combustible. 4. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la deuxième revendication, caractérisée en ce que la plaque (7) de l'obturateur (4) présente sur sa périphérie trois lobes (9) ou plus. 35 5. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la quatrième revendication, caractérisée en ce que les lobes (9) sont quatre et ils sont disposés6. 7. 8. 9. 10. 11. sur la périphérie de la plaque (7) à des positions angulaires respectives à 00, 900, 180° et 270°. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première revendication, caractérisé en ce que les saillies axiales (8) sont centrées sur la plaque (7) de l'obturateur (4). Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la sixième revendication, caractérisée en ce que les saillies axiales (8) présentent une forme de « Y >,, une forme de croix ou une forme tubulaire. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première revendication, caractérisée en ce que face à la zone d'entrée (E) de combustible le corps de soupape (1) incorpore un filtre de maille (12). Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première revendication, caractérisée en ce que le ressort (5) est relié par une extrémité à une des saillies axiales (8) de la plaque (7) et par l'autre extrémité il est relié à un croisillon (10) présentant des trous axiaux (11) pour la sortie de combustible. Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon les revendications première, huitième et neuvième, caractérisée en ce que le corps de soupape (1) coiffe ses extrémités par le biais de lèvres bordées (13, 14) qui fixent, respectivement, le filtre de maille (12) et le croisillon (10) au corps de soupape (1). Soupape de contrepression pour injecteurs de combustible, selon la première revendication, caractérisée en ce que la conduite (2) axiale interne du corps de soupape (1) présente dans la zone d'entrée (E) un étranglement (15) du passage de combustible.