Brevet FR3007802A1 — publié le 20150102

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une soupape de commande de système d'injection à rampe commune comportant un boîtier ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour le carburant, une chambre basse pression et un tiroir mobile pour fermer et ouvrir l'orifice de sortie, réalisé dans le boîtier et communiquant avec une conduite de réservoir. L'invention se rapporte également à un système d'injection de carburant équipé d'une telle soupape de commande. Etat de la technique Dans le cas des systèmes d'injection de carburant à haute pression, notamment dans les systèmes d'injection à rampe commune, on peut avoir des pulsations de pression dans les conduites de carburant. Ces pulsations de pression peuvent provoquer une injec- tion anticipée. En outre, l'élasticité des conduites et la compressibilité du carburant peuvent participer au développement des pulsations. Les pulsations peuvent se développer notamment dans les conduites de retour et arriver sur une soupape de commande ou une soupape antiretour se trouvant entre les injecteurs de carburant et le réservoir. Lorsque les pulsations arrivent sur la soupape de commande, la pres- sion du carburant au niveau de la soupape varie tellement que le cas échéant cela peut limiter le fonctionnement de la soupape de commande. Selon le document DE 10 2009 045 894 A 1 on connaît une soupape de commande destinée à amortir les pulsations du carbu- rant dans les conduites de carburant. Pour cela, la soupape de commande comporte un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour les carburants ainsi qu'un tiroir mobile pour ouvrir et fermer l'orifice de sortie. Dans le boîtier de la soupape de commande, le coulisseau peut coulisser contre une force antagoniste, définie et pour une certaine course, libérer l'orifice de sortie. Pour que le tiroir libère l'orifice de sortie après avoir parcouru une course prédéfinie, il faut que la force antagoniste fournisse un travail de déplacement prédéfini. Ce travail de déplacement doit être fourni par le carburant qui arrive dans la sou- pape de commande et cela sous la forme de l'énergie cinétique du coup de bélier (choc de pression) ou de la pulsation. Dans la mesure où l'énergie cinétique de la pulsation est suffisamment grande, le tiroir effectue la course nécessaire et libère l'orifice de sortie. La transformation de l'énergie cinétique de la pulsation en travail de déplacement amortit la pulsation du carburant traversant la soupape de commande. La course du tiroir est toutefois amortie seulement par le frottement entre le tiroir et le boîtier, ce qui est relativement indéterminé. Les pulsations rapides dans la conduite de retour de carburant sont ainsi transformées directement en un mouvement du tiroir et dans le cas le plus défavorable elles peuvent produire les vibrations dans le ti- roir. La mise en vibration du tiroir génère à son tour des pulsations supplémentaires dans la conduite de retour de carburant augmentant l'usure de la soupape de commande. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une sou- pape de commande du type défini ci-dessus permettant non seulement d'amortir les pulsations dans la conduite de carburant mais également les mouvements rapides du tiroir. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet une soupape de com- mande du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la chambre basse pression est reliée à la conduite de réservoir par un organe d'étranglement et le volume de la chambre basse pression est modifié par le tiroir mobile. En d'autres termes, la soupape de commande selon l'invention comporte un boîtier muni d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie pour le carburant ainsi qu'une chambre basse pression et un tiroir mobile pour fermer et ouvrir l'orifice de sortie. L'orifice de sortie est réalisé dans le boîtier et communique avec la conduite du réservoir. La conduite du réservoir est elle-même reliée à la chambre basse pres- sion par un organe d'étranglement. Le volume de la chambre basse pression change lorsque le tiroir se déplace longitudinalement. En cas de mouvement longitudinal rapide du tiroir, la chambre basse pression remplie de carburant et plus précisément la variation de volume de la chambre basse pression sont amorties par l'organe d'étranglement. Selon un développement avantageux de la soupape de commande de l'invention, le tiroir sépare la chambre basse pression de l'orifice d'entrée. Le tiroir assure ainsi deux fonctions et permet une économie de composants : d'une part l'ouverture et la fermeture de l'orifice de sortie et d'autre part l'étanchéité de la chambre basse pres- sion par rapport à l'orifice d'entrée qui est à une pression plus élevée ou qui est reliée à la chambre haute pression. Selon un autre développement avantageux, lorsque le ti- roir s'écarte de l'orifice d'entrée et un ressort. Le ressort s'oppose à la force hydraulique exercée sur le tiroir. Ce ressort règle la pression maximale qui peut régner dans l'orifice d'entrée et ainsi dans la zone basse pression des injecteurs de carburant, à savoir la contre-pression de retour. De façon avantageuse, le ressort est logé dans la chambre basse pression et s'appuie contre celle-ci de sorte que le ressort est ins- tallé de manière peu encombrante. Selon un développement avantageux de l'invention, la chambre basse pression est un manchon. Dans le cas contraire, la soupape de commande ne peut être montée que si le boîtier est en deux parties mais cela nécessiterait une étanchéité compliquée et couteuse. De façon avantageuse, le tiroir est logé de manière coulis- sante longitudinalement dans le manchon. Cela permet d'accorder réciproquement la matière du tiroir et celle du manchon en particulier du point de vue de la tribologie des surfaces de glissement. On évite ainsi un traitement de surface couteux du boîtier. Selon un autre développement avantageux, la surface frontale du manchon, côté conduite de réservoir, comporte une pièce de réglage reliée solidairement au manchon et servant d'appui au ressort. Ainsi, le ressort peut être positionné précisément dans le manchon et fixe la contre-pression maximale de retour à partir de laquelle le tiroir libère l'orifice de sortie. De façon avantageuse, l'organe d'étranglement est réalisé dans le manchon qui combine plusieurs fonctions et permet une économie de pièces : la réalisation de la chambre basse pression, la surface d'appui du ressort, les surfaces de glissement du tiroir et le point d'étranglement dans la chambre basse pression. Selon un autre développement avantageux, l'organe d'étranglement est réalisé dans la pièce de réglage de sorte que la fonction d'étranglement est simplement intégrée dans la soupape de commande en conservant les avantages liés au montage de la pièce de réglage. Selon un autre développement avantageux, l'organe d'étranglement est installé radialement dans le manchon et il est relié au réservoir par un perçage de sortie réalisé dans le boîtier. Ainsi, l'écoulement produit par l'organe d'étranglement est guidé pour que l'organe d'étranglement ne transmette qu'une fraction aussi réduite que possible des pulsations de pression de la conduite de réservoir ou du système basse pression du véhicule vers le tiroir. De façon avantageuse, le manchon comporte un perçage radial par rapport au tiroir et débouchant dans l'orifice de sortie du boî- tier. Les pulsations de pression de la conduite de réservoir et du sys- tème basse pression du véhicule ne sont pas transmises au tiroir dans la direction axiale et ne peuvent provoquer de mise en vibration du tiroir. Selon un développement avantageux, le manchon est pressé dans le boîtier ce qui évite toute pièce supplémentaire pour blo- quer le manchon dans le boîtier. Selon un autre développement avantageux, le manchon est bloqué dans le boîtier par un disque ou une rondelle de serrage ce qui évite de déformer la surface de glissement du manchon dans lequel se déplace le tiroir ; de telles déformations peuvent se produire dans le cas d'éléments enfoncés de force. Selon un développement avantageux, l'organe d'étranglement a une section de passage circulaire ayant un diamètre d = 0,1 mm... 0,45 mm. Cela permet d'avoir un effet d'amortissement optimisé dans la soupape de commande pour des systèmes d'injection à rampe commune. De façon avantageuse, la soupape de commande est ins- tallée dans la conduite de retour de carburant entre les injecteurs et le réservoir car ses fonctions caractéristiques conviennent alors tout parti- culièrement : pression de carburant constante côté basse pression et pression de carburant plus élevée variant très rapidement du côté haute pression. En particulier la soupape de commande est appliquée à la conduite de retour de carburant d'un système d'injection de carburant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de soupape de commande de système d'injection à rampe commune représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement l'installation d'une soupape de commande selon l'invention dans un système d'in d'injection à rampe commune, - la figure 2 est une coupe longitudinale de la soupape de commande de l'invention en ne montrant que les parties essentielles, - la figure 3 montre un autre mode de réalisation de la soupape de commande selon l'invention se limitant également aux parties essen- tielles. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une soupape de commande 10 selon l'invention dans un système d'injection à rampe commune entre les in- jecteurs de carburant 60 et le système basse pression 70 du véhicule, dans la conduite de retour de carburant 65. Il règne habituellement une pression absolue comprise entre 1,3-2,4 bars dans la conduite de retour de carburant 65 (c'est-à-dire en direction des injecteurs de carburant 60) en amont de la soupape de commande 10 lorsque les injecteurs 60 sont commandés par des électrovannes et une pression absolue comprise entre 7-17 bars lorsque les injecteurs 60 sont commandés par des actionneurs piézoélectriques. En aval de la soupape de commande 10 (c'est-à-dire en direction du système basse pression 70 du véhicule) il règne habituellement une pression comprise 1 et 1,5 bars dans la conduite de retour de carburant 65, selon le système basse pression 70 du véhicule. Un système basse pression 70, simple est constitué par un système basse pression 70 ouvert en direction du réservoir et dans lequel règne la pression ambiante de 1 bar. La figure 2 montre une soupape de commande 10 selon l'invention pour un système d'injection à rampe commune, représenté en coupe longitudinale. Le système comporte un boîtier 5 ayant un orifice d'entrée 18 et un orifice de sortie 20 de carburant. Dans le mode de réalisation représenté de la soupape de commande 10 un manchon 16 comportant un perçage radial 26 est bloqué dans le boîtier 5 par une rondelle de serrage 17. D'autres formes de réalisation consistent à en- foncer le manchon 16 dans le boîtier 5 de force ou à le visser. Le perçage 26 est situé pour communiquer avec l'orifice de sortie 20. L'orifice de sortie 20 débouche en aval du perçage 26 dans la conduite de carburant 22 de la soupape de commande 10. La conduite de carburant 22 est reliée à la conduite de retour 65 et arrive au système basse pression 70 du véhicule. Le manchon 16 loge un poussoir mobile 14 qui, par son mouvement longitudinal dans le perçage 26 peut ainsi ouvrir et fermer l'orifice de sortie 20. Le manchon 16 loge également un ressort 15 s'appuyant contre le manchon 16 et poussant le poussoir 14 dans la direction opposée à la direction d'écoulement 30. La direction d'écoulement 30 passe des injecteurs de carburants 60 au système basse pression 70 du véhicule. Le poussoir 14 subdivise le volume entouré par le boîtier 5 et le manchon 16 en une chambre haute pression 28 reliée hydrauli- quement en permanence avec l'orifice d'entrée 18 et une chambre basse pression 12 reliée hydrauliquement en permanence avec la conduite de réservoir 22. En fonctionnement, il règne habituellement des pressions comprises entre 1,3-2,4 bars dans la chambre haute pression 28 dans le cas d'injecteurs commandés par une soupape électromagnétique 60 et une pression de 7-17 bars dans le cas d'injecteurs 60 à commande piézoélectrique et dans la chambre basse pression 12, les pressions sont de l'ordre de 1-1,5 bars. La liaison entre la chambre basse pression 12 et la con- duite de réservoir 22 se fait par un organe d'étranglement 13 installé dans le manchon 16 et dont la section de passage définit l'effet d'amortissement de la soupape pendant les mouvements d'ouverture et de fermeture du tiroir 14. De façon préférentielle, l'organe d'étranglement 13 a une section de passage circulaire d'un diamètre d) compris entre 0,1 mm et 0,45 mm. La soupape de commande 10 fonctionne comme suit : dans l'orifice d'entrée 18, pendant le fonctionnement il suffit de maintenir une contre-pression de retour nécessaire au circuit basse pression des injecteurs de carburant 60 (habituellement entre 1,3 et 2,4 bars dans le cas d'injecteurs à commande par soupape électromagnétique 70 et une pression de 7-17 bars dans le cas d'injecteur à commande piézoélectrique 60) mais on ne doit pas dépasser une valeur maximale car sinon cela détériore le fonctionnement des injecteurs 60. La contre-pression de retour est toutefois une basse pression vis-à-vis des injec- teurs de carburant 60 ou une haute pression vis-à-vis de la soupape de commande 10 dans les conduites haute pression de carburant 65. La contre-pression maximale de retour est réglée par le ressort 15 qui agit sur le tiroir 14 dans le sens opposé à celui du sens de l'écoulement 30. La contre-pression maximale de retour se règle seu- lement par le ressort 15 car dans la conduite de réservoir 22 règne la pression ambiante qui, de façon constante est égale à 1 bar qui est ainsi la pression dans la chambre haute pression 28 diminuant linéairement vers la force du ressort 15. Si la pression dans la chambre haute pression 28 est in- férieure à la contre-pression maximale de retour, le tiroir 14 ferme le perçage 26 ; le passage de carburant à travers la soupape de commande 10 est coupé. Si en revanche la pression dans la chambre haute pres- sion 28 dépasse la contre-pression maximale de retour, le tiroir 14 se déplace sous l'effet de la force hydraulique dans la direction passante contre la force développée par le ressort 15 et libère le perçage 26. Le carburant traverse alors la soupape de commande 10 et l'orifice de sortie 20 ; le ressort 15 est précontraint. Pendant le mouvement du tiroir 14 dans la direction pas- 30 sante 30, le volume de la chambre basse pression 12 diminue. Dans le cas d'un mouvement rapide du tiroir 14 dans la direction passante 30 cela donne un effet d'amortissement de la chambre basse pression 12 du fait de l'organe d'étranglement 13 car le carburant doit être refoulé de la chambre basse pression 12 à travers l'organe d'étranglement 13 dans la conduite de réservoir 22. L'effet d'amortissement doit se régler par la section de passage de l'orifice d'étranglement 13. On peut ainsi bien amortir les pulsations de pression dans la conduite de retour de carburant 65 évitant la mise en résonance du tiroir 14. Si la pression dans la chambre haute pression 28 des- cend de nouveau en dessous de la contre-pression maximale, sous l'effet de sa précontrainte le ressort 15 s'oppose au mouvement du tiroir 14 dans la direction opposée à la direction de passage 30 de sorte que le tiroir 14 referme le perçage 26 ; il n'y a plus de passage de carburant à travers la soupape de commande 10. Le mouvement du tiroir 14 est amorti par la contre-pression dans la chambre haute pression 28 et par la dépression qui s'établit dans la chambre basse pression 12. La soupape de commande 10 bloque la circulation du carburant quels que soient les états de fonctionnement dans la direction opposée à la direction de passage 30, c'est-à-dire du système basse pression 70 du véhicule vers les injecteurs de carburant 60. La figure 3 montre un autre mode de réalisation de la soupape de commande 10 selon l'invention pour un système d'injection à rampe commune, représentée en coupe longitudinale. De nombreux éléments de la soupape de commande 10 sont identiques à ceux du mode de réalisation de la figure 2 de sorte que la description ci-après se limite aux différences des deux modes de réalisation. L'organe d'étranglement 13 de ce mode de réalisation est dirigé radialement dans le manchon 16 et débouche dans un perçage de sortie 23 du boîtier 5 arrivant dans la conduite de réservoir 22. Les pul- sations du carburant traversant l'organe d'étranglement 13 ont ainsi une influence aussi réduite que possible sur les mouvements axiaux du tiroir 14. La face frontale côté conduite de réservoir du manchon 16 comporte une pièce de réglage 16b reliée solidairement au manchon 16, par exemple par une liaison vissée et la chambre basse pression 12 est ainsi séparée dans la direction axiale par rapport à la conduite de réservoir 22. La pièce de réglage sert en même temps de butée pour le ressort 15. La position axiale de la pièce de réglage 16b permet de régler de manière précise pendant le montage, la position axiale du ressort 15 et ainsi la contre-pression maximale de retour de la soupape de com- mande 10, c'est-à-dire la pression, à partir de laquelle le tiroir 14 libère le perçage 26 débouchant dans l'orifice de sortie 20. 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Soupape de commande 13 Organe d'étranglement 5 14 Poussoir 15 Ressort 16 Manchon 17 Disque de serrage 18 Orifice d'entrée 10 20 Orifice de sortie 22 Conduite de réservoir 23 Perçage de sortie 26 Perçage radial 28 Chambre haute pression 15 30 Direction de passage du carburant 60 Injecteur 65 Conduite de retour de carburant 70 Système basse pression du véhicule 20 REVENDICATIONS1°) Soupape de commande (10) de système d'injection à rampe commune comportant un boîtier (5) ayant un orifice d'entrée (18) et un orifice de sortie (20) pour le carburant, une chambre basse pression (12) et un tiroir (14) mobile pour fermer et ouvrir l'orifice de sortie (20), réalisé dans le boîtier (5) et communiquant avec une conduite de réservoir (22), soupape de commande caractérisée en ce que la chambre basse pression (12) est reliée à la conduite de réservoir (22) par un organe d'étranglement (13) et le volume de la chambre basse pression (12) est modifié par le tiroir mobile (14). 2°) Soupape de commande (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir (14) sépare la chambre basse pression (12) par rapport à l'orifice d'entrée (18). 3°) Soupape de commande (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir (14) est précontraint par un ressort (15) lorsqu'il s'écarte de l'orifice d'entrée (18). 4°) Soupape de commande (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ressort (15) est logé dans la chambre basse pression (12). 5°) Soupape de commande (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre basse pression (12) est réalisée dans un manchon (16). 6°) Soupape de commande (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le tiroir (14) est coulissant longitudinalement dans le manchon (16). 7°) Soupape de commande (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce quela surface frontale côté conduite de réservoir du manchon (16) comporte une pièce de réglage (16b) solidaire du manchon (16) et servant d'appui au ressort (15). 8°) Soupape de commande (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (13) est réalisé dans le manchon (16) ou dans la pièce de réglage (16b). 9°) Soupape de commande (10) selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'organe d'étranglement (13) orienté radialement dans le manchon (16) est relié à la conduite de réservoir (22) par un perçage de sortie (23) réalisé dans le boîtier (5). 10°) Soupape de commande (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' un perçage radial (26) est réalisé dans le manchon (16), et l'orifice de sortie (20) débouche dans le boîtier (5). 11°) Soupape de commande (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon (16) est enfoncé de force dans le boîtier (5) ou est bloqué dans le manchon (5) par un disque de serrage (17). 12°) Soupape de commande (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (13) a une section de passage circulaire d'un diamètre compris entre 0,1...0,45 mm. 13°) Système d'injection de carburant comportant une soupape de commande (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que 25 30la soupape de commande (10) est installée dans la conduite de carburant (65) entre les injecteurs de carburant (60) et un système basse pression (70) par exemple le réservoir de carburant.5