Brevet FR2999658A1 — publié le 20140620

DP-320656/MA VANNE HAUTE PRESSION DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à une vanne haute pression pour circuit d'injection diesel et plus particulièrement l'agencement de ces composants et la fabrication de ceux-ci. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les circuits d'injection directe de carburant dans les moteurs à combustion interne comprennent une vanne pilotée qui peut être en prise directe sur une rampe commune distribuant le carburant sous pression à des injecteurs. La vanne est normalement en un état fermé et peut être commutée en un état ouvert de sorte libérer un passage et laisser sortir du carburant permettant ainsi de réguler en permanence la pression dans le circuit d'injection. On connait entre autre des vannes comprenant un corps tubulaire dans lequel un arbre central axialement mobile obture ou libère le passage de sortie du carburant. L'arbre central a une extrémité plane au contact du noyau de l'électroaimant et une extrémité pointue ou hémisphérique qui coopère avec un siège conique fixe au centre duquel débouche le passage de sortie. En fonctionnement normal le passage est fermé, le noyau de l'électroaimant exerçant sur l'arbre central une force de fermeture supérieure à la force opposée exercée sur l'extrémité pointue l'arbre par le carburant sous pression circulant dans la rampe commune. L'arbre mobile est axialement guidé dans un alésage central du corps. Pour assurer l'obturation du passage de sortie, l'alésage central et l'arbre mobile doivent chacun avoir un excellent état de surface et un très faible défaut de cylindricité. L'assemblage doit également présenter un faible défaut de coaxialité. De plus, compte tenu des efforts importants et répétés qu'il subit, l'arbre mobile doit être réalisé en un acier de haute qualité, par exemple un acier 100Cr6 avec trempe et revenu pour obtenir une dureté en surface de l'ordre de 700HV. Cette haute précision d'usinage génère une complexité technologique qu'il est devenu urgent de simplifier en proposant des vannes au fonctionnement parfait tout en étant simple à fabriquer et assembler.35 RESUME DE L'INVENTION La présente invention résout les problèmes ci-dessus mentionnés en proposant une vanne de régulation de la pression du carburant dans la rampe commune du système d'injection diesel du moteur à combustion interne d'un véhicule. La vanne comprend un corps, un arbre, un actuateur et une buse. La buse comprend elle-même un membre fixe pourvu d'un siège de buse au centre duquel débouche un orifice de décharge reliant la rampe commune à un canal d'évacuation. L'arbre est agencé axialement glissant dans le corps et est déplacé par l'actuateur de sorte à faire commuter la buse entre un état ouvert de l'orifice de décharge, lorsque la pression dans la rampe commune est supérieure à une limite préétablie, et un état fermé de l'orifice de décharge, lorsque la pression dans la rampe commune est inférieure à la limite préétablie. Avantageusement, la vanne comprend en outre un membre obturateur agencé entre l'arbre et le siège de sorte qu'en état fermé l'arbre pousse le membre obturateur en butée contre le siège obturant l'orifice de décharge et, en état ouvert le carburant sous pression repousse le membre obturateur et ouvre l'orifice de décharge, l'arbre étant lui-même repoussé par le membre obturateur. Cette réalisation permet de découpler les rôles entre l'arbre qui ne fait que pousser, et le membre obturateur dont le rôle est d'obturer. Le membre fixe de la buse comprend une partie tubulaire définissant un cylindre intérieur de guidage s'étendant axialement d'une première extrémité ouverte jusqu'au siège formant le fond du cylindre de guidage. Le membre obturateur est agencé et guidé dans le cylindre de guidage, le cylindre de guidage étant en communication de fluide avec le canal d'évacuation. La partie tubulaire du membre fixe est pourvue d'un orifice de liaison reliant le cylindre de guidage au canal d'évacuation de sorte qu'en état ouvert de la buse, le carburant sortant de la rampe commune passe successivement par l'orifice de décharge, le cylindre de guidage, l'orifice de liaison et le canal d'évacuation. Le corps est pourvu d'un logement dans lequel la partie tubulaire s'agence, définissant entre eux un espace tubulaire intercalaire dans lequel débouchent le canal d'évacuation et l'orifice de liaison. En état ouvert de la buse, le carburant sortant de la rampe commune passe par l'espace tubulaire intercalaire avant d'entrer dans le canal d'évacuation. Le membre fixe de la buse est de plus pourvu d'une embase cylindrique axiale s'étendant entre deux surfaces radiales, de sorte à positionner le membre fixe en agençant l'embase dans un lamage complémentaire, une des deux surfaces, étant en butée au fond du lamage. Dans une alternative le lamage est pourvu dans le corps de vanne, le membre fixe de la buse étant solidaire du corps. Dans une autre alternative le lamage est pourvu dans la rampe commune, le membre fixe de la buse étant solidaire de la rampe commune. L'extrémité du membre obturateur coopérant avec le siège a une surface sphérique, ou conique ou ovoïde, le siège ayant quant à lui une surface conique dont l'apex est dirigé vers la rampe. L'actuateur est le noyau d'un électroaimant piloté par une unité centrale. Dans une variante, l'actuateur est un ressort de compression sollicitant en permanence l'arbre selon une force axiale tarée à la limite préétablie L de pression, de sorte que l'arbre sollicite la buse vers l'état fermé. Avantageusement, la tolérance dimensionnelle entre les diamètres de l'alésage axial et de l'arbre est de 30 pm. Similairement, l'alésage axial dans lequel est guidé l'arbre a une rugosité de surface inférieure à Ra 3,2. L'invention est également relative à un système d'injection de carburant diesel à rampe commune comprenant une vanne réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes. DESCRIPTION DES FIGURES Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes. La Figure 1 est une vue en coupe axiale d'une vanne haute pression selon l'invention. La Figure 2 est une vanne réalisé selon un second mode. La Figure 3 est une alternative de vanne mécanique pouvant être adaptée aux modes des Figures 1 ou 2. La Figure 4 est une vue grossie de la buse de la vanne des Figures précédentes. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS Les Figures 1, 2 et 3 représentent une vanne haute pression 10 destinée à être montée sur la rampe commune 8 du système d'injection diesel 6 d'un moteur à combustion interne. Selon un mode préféré de réalisation illustrée par les Figures 1 et 2, la vanne 10 comprend un corps 12 s'étendant selon un axe longitudinal A, un électroaimant 14 dont la bobine est solidaire du corps 12 et le noyau, mobile dans le corps 12, pilote un arbre 16 axialement guidé dans un alésage central 18 du corps 12 entre une position appuyée PA et une position retirée PR. à l'extrémité du corps 12, opposée à l'électroaimant 14, est agencée une buse 24 commutée par l'arbre 16 en un état ouvert EO, lorsque l'arbre 16 est en position retirée PR, et un état fermé EF lorsque l'arbre 16 est en position appuyée PA. La vanne 10 est fixée à la rampe 8 en agençant une surface cylindrique du corps 12 dans un espace de la rampe 8 pourvu d'un alésage femelle complémentaire. Un joint d'étanchéité est placé à l'interface entre le corps 12 et la rampe 8. La buse 24, particulièrement détaillée dans la Figure 4, comprend essentiellement un membre fixe 22 coopérant avec un membre obturateur 24 mobile. Le membre fixe 22 s'étend axialement selon une partie tubulaire 26 cylindrique puis selon un épaulement 28 radial menant à une embase 30 cylindrique de plus grand diamètre, l'embase 30 s'étendant jusqu'à surface radiale 32. L'embase 32 s'agence complémentairement dans un lamage 34. Selon la construction de la Figure 1, le lamage 34 est réalisé dans le corps 12 et, le membre fixe 22 est solidaire du corps 12, l'épaulement radial 28 étant en butée contre le 25 fond du lamage 34. Dans la construction alternative illustrée par la Figure 2, le lamage 34 complémentaire est réalisé dans la rampe 8. L'embase 30 s'ajuste dans le lamage 34, la surface radiale 32 étant en butée au fond du lamage 34 de sorte que le membre fixe 22 est solidaire de la rampe 8. L'épaulement radial 28 est quant à lui en butée 30 contre le corps 12. La partie tubulaire 26 du membre fixe 22 s'agence dans un logement 36 cylindrique et axial du corps 12, un espace tubulaire intercalaire 38 étant alors créé entre le membre fixe 22 et le corps 12. Dans cet espace 38 débouche un canal d'évacuation 40 transverse réalisé dans le corps 12. L'intérieur de la partie tubulaire 26 est un cylindre de guidage 42 se terminant par une surface conique formant le siège 44 de la buse 20. Au centre du siège 44 débouche un orifice de décharge 46 s'étendant axialement au travers de l'embase 30 pour rejoindre la rampe 8. La paroi de la partie tubulaire 26 est pourvue d'au moins un orifice de liaison 48 reliant l'espace intercalaire 38 au cylindre de guidage 42. Alternativement, la partie tubulaire 26 peut être montée ajustée dans le logement 36 sans créer d'espace intercalaire. Dans ce cas le canal d'évacuation 40 pourvu dans le corps 12 s'aligne directement avec l'orifice de liaison 48. Le membre obturateur 24 est agencé et guidé dans cylindre de guidage 42. Selon les représentations choisies en exemple, il a la forme d'un embout d'aiguille s'étendant depuis une surface radiale 50 plane en contact avec l'arbre 16, selon une première partie cylindrique 52 d'un diamètre ajusté glissant au cylindre de guidage 42, puis selon une seconde partie conique 54 se terminant en pointe et coopérant avec le siège 44 de la buse 20. Alternativement à l'embout d'aiguille décrit, le membre obturateur 24 peut avoir un embout sphérique, ou conique ou autre, qui coopère également avec le siège 44 dans le même but. L'élément obturateur 24 peut également être une simple bille sur laquelle appui l'arbre 16, la bille venant obturer l'orifice de décharge 46. Il est également envisageable d'intercaler entre l'élément obturateur 24 et le siège 44, une bille sur laquelle l'élément obturateur 24 appui, la bille ayant une taille juste suffisante pour obturer l'orifice de décharge 46. La vanne 10 étant assemblée, le corps 12, l'arbre 16, l'élément obturateur 24, le siège 44 et l'orifice de décharge 46 sont alignés. En fonctionnement, le carburant sous pression circule dans la rampe 8. En dessous d'une pression limite préétablie L, l'électroaimant 14 maintient l'arbre en position appuyée PA l'extrémité de l'arbre 16 en contact contre le surface radiale 50 du membre obturateur 24 le sollicite de sorte que la partie conique 54 du membre obturateur 24 soit maintenue en contact complémentaire avec du siège 44 et obture l'orifice de décharge 46. Lorsque la pression du carburant dans la rampe 8 excède la limite L préétablie, le carburant repousse le membre obturateur 24 en appuyant sur sa partie conique 54 et ouvre l'orifice de décharge 46. Le carburant sous pression peut alors être évacué en passant successivement de la rampe 8 à l'orifice de décharge 46 puis dans le cylindre de guidage 42, au travers de l'orifice de liaison 48, dans l'espace intercalaire 38 pour arriver dans le canal d'évacuation 40. Dans un autre mode de réalisation illustrée par la Figure 3, l'électroaimant est remplacé par un ressort de compression 56 actuateur sollicitant en permanence l'arbre 16 vers la position appuyée PA. Le ressort 56 exerce sur l'arbre 16 une force tarée à la pression limite L préétablie du carburant dans la rampe 8. Lorsque la pression dans la rampe 8 excède ladite limite L, elle vainc la force du ressort 56 qui se comprime légèrement laissant le carburant s'évacuer par l'orifice de décharge 46. Lorsque la pression est redescendue sous la pression limite L, la force exercée par le ressort 56 prévaut et l'orifice de décharge 46 est à nouveau obturé. Le rôle de l'arbre 16 est limité à celui de poussoir de l'élément obturateur 24 et le rôle de l'élément obturateur 24 est quant à lui d'obturer l'orifice de décharge 46. Du point de vu de la fabrication les tolérances d'usinages sont adaptées au rôle de chaque pièce. Ainsi, l'arbre 16 et l'alésage axial 18 du corps 12 peuvent être réalisés en tenant compte d'une part d'une tolérance dimensionnelle de 301.im entre leurs diamètres, alors qu'elle était de 12 tm précédemment et d'autre part, d'une qualité d'état de leurs surfaces de Ra 3,2 alors qu'elle était de Ra 1,6 précédemment. Enfin, si l'acier du membre obturateur 24 demeure de haute qualité, l'acier utilisé pour l'arbre 16 peut être plus ordinaire. REVENDICATIONS1. Vanne de régulation (10) de la pression du carburant dans la rampe commune (8) du système d'injection diesel (6) du moteur à combustion interne d'un véhicule, la vanne (10) comprenant un corps (12), un arbre (16), un actuateur (14) et une buse (20) comprenant elle-même un membre fixe (22) pourvu d'un siège (44) de buse au centre duquel débouche un orifice de décharge (46) reliant la rampe commune (8) à un canal d'évacuation (40); l'arbre (16), agencé axialement (A) glissant dans le corps (12), étant déplacé par l'actuateur (14) de sorte à faire commuter la buse (20) entre un état ouvert (EO) de l'orifice de décharge (46), lorsque la pression dans la rampe commune (8) est supérieure à une limite (L) préétablie, et un état fermé (EF) de l'orifice de décharge (46), lorsque la pression dans la rampe commune (8) est inférieure à la limite préétablie (L), caractérisé en ce que la vanne (10) comprend en outre un membre obturateur (24) agencé entre l'arbre (16) et le siège (44) de sorte qu'en état fermé (EF) l'arbre (16) pousse le membre obturateur (24) en butée contre le siège (44) obturant l'orifice de décharge (44) et, en état ouvert (EO) le carburant sous pression repousse le membre obturateur (24) et ouvre l'orifice de décharge (46), l'arbre (16) étant lui-même repoussé par le membre obturateur (24). 2. Vanne (10) selon la revendication précédente dans laquelle le membre fixe (22) de la buse (20) comprend une partie tubulaire (26) définissant un cylindre intérieur de guidage (42) s'étendant axialement d'une première extrémité ouverte jusqu'au siège (44) formant le fond du cylindre de guidage (42), le membre obturateur (24) étant agencé et guidé dans le cylindre de guidage (42), le cylindre de guidage (42) étant en communication de fluide avec le canal d'évacuation (40). 3. Vanne (10) selon la revendication 2 dans laquelle la partie tubulaire (30) du membre fixe (22) est pourvue d'un orifice de liaison (48) reliant le cylindre de guidage (42) au canal d'évacuation (40) de sorte qu'en état ouvert (EO) de la buse (20), le carburant sortant de la rampe commune (8) passe successivement par l'orifice de décharge (46), le cylindre de guidage (42), l'orifice de liaison (48) et le canal d'évacuation (40). 4. Vanne (10) selon la revendication 3 dans laquelle le corps (12) est pourvu d'un logement (36) dans lequel la partie tubulaire (26) s'agence, définissant entre eux un espace tubulaire intercalaire (38) dans lequel débouchent le canal d'évacuation (40) et l'orifice de liaison (48) de sorte qu'en état ouvert (EO) de la buse (20), le carburant sortant de la rampe commune (8) passe par l'espace tubulaire intercalaire (38) avant d'entrer dans le canal d'évacuation (40). 5. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le membre fixe (22) de la buse (20) est de plus pourvu d'une embase (30) cylindrique axiale s'étendant entre deux surfaces radiales (28, 32) de sorte à positionner le membre fixe (22) en agençant l'embase (30) dans un lamage (34) complémentaire, une des deux surfaces (28, 32) étant en butée au fond du lamage (34). 6. Vanne (10) selon la revendication 5 dans laquelle le lamage (34) est pourvu dans le corps (12) de vanne (10), le membre fixe (22) de la buse (20) étant solidaire du corps (12). 7. Vanne (10) selon la revendication 5 dans laquelle le lamage (34) est pourvu dans la rampe commune (8), le membre fixe (22) de la buse (20) étant solidaire de la rampe commune (8). 8. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'extrémité du membre obturateur (24) coopérant avec le siège (44) a une surface sphérique, le siège (44) ayant quant à lui une surface conique dont l'apex est dirigé vers la rampe (8). 9. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'actuateur (14) est le noyau d'un électroaimant piloté par une unité centrale. 10. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans laquelle l'actuateur (14) est un ressort de compression (56) sollicitant enpermanence l'arbre (16) selon une force axiale tarée à la limite préétablie (L) de pression, de sorte que l'arbre (16) sollicite la buse (20) vers l'état fermé (EF). 11. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la tolérance dimensionnelle entre les diamètres de l'alésage (18) axial et de l'arbre (16) est de 30 1.1.m. 12. Vanne (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l'alésage axial (18) dans lequel est guidé l'arbre (16) a une rugosité de surface inférieure à Ra 3,2. 13. Système d'injection (6) de carburant diesel à rampe commune (8) comprenant une vanne (10) réalisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.15