Brevet FR3001001A1 — publié le 20140718

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une soupape de régu- lation de pression d'accumulateur de carburant haute pression de moteur à combustion interne comprenant une broche d'induit logée dans un perçage d'un corps de soupape de façon coulissante axialement, et agissant sur un élément d'obturation de soupape en direction de son siège de soupape, cette broche d'induit étant reliée par un induit par son extrémité opposée à celle du siège de soupape ainsi qu'un module magnétique coopérant avec l'induit pour actionner la soupape de régu- lation de pression. Etat de la technique Une telle soupape de régulation de pression est par exemple connue selon le document DE 10 2004 002 964 Al. Cette soupape comporte un élément d'obturation logé dans une chambre de sou- pape et actionné par un actionneur électromagnétique ; l'élément d'obturation ferme la communication entre un accumulateur haute pression et une conduite basse pression ou libère cette communication. La soupape comporte également un élément de ressort qui, à l'arrêt du moteur à combustion interne, libère la liaison entre l'accumulateur haute pression et la conduite basse pression. L'élément de ressort est appuyé d'un côté contre une plaque d'induit et de l'autre contre un épaulement radial d'un perçage étagé réalisé dans le boîtier de soupape et qui loge un piston de soupape relié à la plaque d'induit. Lorsque l'actionneur électromagnétique est alimenté, la plaque d'induit et le pis- ton de soupape sont déplacés dans la direction opposée de la force de ressort de l'élément de ressort en direction du siège de soupape ; le piston de soupape pousse alors l'élément d'obturation contre le siège de soupape. Dans cette position de communication, la liaison entre l'accumulateur haute pression de la conduite basse pression est fermée. A la fin de l'alimentation de l'actionneur électromagnétique la plaque d'induit et le piston de soupape sont rappelés par la force développée par l'élément de ressort de sorte que l'élément d'obturation se soulève de son siège et ouvre la soupape. Dans cette position de commutation, la liaison est libérée entre l'accumulateur haute pression et la conduite basse pression de sorte qu'à partir de l'accumulateur haute pression, le carburant revient par la conduite de retour dans le réservoir de carburant. But de l'invention Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer une soupape de régulation de pression pour un accumulateur de carburant à haute pression qui soit particulièrement fiable notamment en diminuant l'usure dans la zone de siège de la soupape. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une soupape de régu- lation de pression d'accumulateur de carburant haute pression de moteur à combustion interne comprenant une broche d'induit logée dans un perçage d'un corps de soupape de façon coulissante axialement, et agissant sur un élément d'obturation de soupape en direction de son siège de soupape, cette broche d'induit étant reliée par un induit par son extrémité opposée à celle du siège de soupape ainsi qu'un module magnétique coopérant avec l'induit pour actionner la soupape de régulation de pression, la soupape étant caractérisée en ce que son élément d'obturation a essentiellement une forme de goujon et son extrémité tournée vers le siège de soupape a au moins un segment conique. Cette réalisation de l'élément d'obturation de soupape, minimise les mouvements transversaux de l'élément d'obturation lors de l'actionnement de la soupape. Cela diminue la pression surfacique locale dans la région du siège se traduisant à son tour par une réduc- tion de l'usure du siège. De plus, minimiser les mouvements transver- saux de l'élément d'obturation de soupape, réduit le bruit développé, ce qui est également avantageux. En outre, la forme de goujon de l'élément d'obturation de soupape permet des degrés de liberté supplémentaires dans la conception de la courbe caractéristique hydraulique. Selon un développement préférentiel, de l'invention, la surface frontale de l'élément d'obturation de soupape essentiellement en forme de goujon, et qui n'est pas tourné vers le siège de soupape est de forme plane ou sphérique. La surface frontale constitue la surface de contact avec la broche d'induit de sorte que de façon particulièrement avantageuse on réalise une surface de contact complémentaire sur la broche d'induit. Les surfaces de contact complémentaires assurent une transmission régulière des efforts entre la broche d'induit et l'élément d'obturation de soupape. Notamment la réalisation sous la forme de surface de contact plane augmente la rigidité de contact et s'oppose ainsi aux mouvements transversaux gênants de l'élément d'obturation de soupape ; cela permet également de compenser des éventuels défauts d'alignement axial entre la broche d'induit et l'élément d'obturation de soupape. Le diamètre préférentiel de la surface de contact est de 3 mm. Suivant une autre caractéristique, au moins un segment de forme conique de l'élément d'obturation de soupape réalise une sur- face d'étanchéité ou un contour d'étanchéité coopérant avec le siège de soupape. Selon un développement de l'invention, deux segments de forme conique, adjacents avec un angle au sommet différent forme un contour d'étanchéité annulaire coopérant avec le siège de soupape. Cela signifie que la région de siège de l'élément d'obturation de soupape est de préférence en forme de double cône. La zone de jonction des deux cônes forme ainsi le contour d'étanchéité annulaire. Les angles au sommet différents des deux segments coniques se situent de préférence entre 80 et 100° et d'une manière particulièrement préférentielle entre 85° et 95° et sont définis en fonction de l'angle du siège de soupape également de préférence de forme conique. Le premier segment conique appelé « cône amont » a, de préférence, un angle au sommet plus grand que l'angle au sommet ou angle du siège de soupape que le second segment conique de l'élément d'obturation de soupape appelé « cône aval ». De façon préférentielle et comme déjà indiqué, le siège de soupape a également une forme conique. En liaison avec un contour d'étanchéité de forme annulaire de l'élément d'obturation de soupape, par exemple du fait de la réalisation du siège de soupape comme double cône, on obtient de cette manière un effet d'étanchéité optimum. L'angle du siège de soupape est de préférence égal à 90°. La coopération entre le contour d'étanchéité de forme annulaire et le siège de soupape de forme conique rend inutile tout rodage de la pièce de soupape qui forme le siège de soupape, de préférence le corps de soupape. De plus, selon l'invention, au moins un troisième segment conique ou autre segment conique de l'élément d'obturation de soupape a un angle au sommet compris entre 60° et 80° et de préférence égal à 70°. Cet autre segment conique (de préférence cet autre segment conique) de l'élément d'obturation de soupape coopère de pré- férence avec le siège de soupape (de préférence également de forme conique) pour avoir un canal de débit de fin de commande suffisamment grand lorsque la soupape s'ouvre. Cela est par exemple le cas si l'angle au sommet du segment de forme conique de l'élément d'obturation de soupape est égal à 70° et l'angle du siège de soupape est égal à 90°. Le « troisième » segment conique est de préférence relié directement ou indirectement par un rétrécissement périphérique à un autre segment de forme conique, par exemple la région de siège en forme de double cône de l'élément d'obturation de soupape. Ce rétrécis- sement améliore par exemple l'écoulement dans la région du siège. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'élément d'obturation de soupape, au moins un segment de forme cylindrique servant de segment de guidage coopère avec une surface de guidage réalisée dans le boîtier de soupape, dans un corps de soupape et/ou dans un disque de réglage. Le guidage supplémentaire de l'élément d'obturation de soupape évite pratiquement tous les mouvements transversaux de l'élément d'obturation de soupape, ce qui réduit l'usure de la région de siège à un minimum. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le seg- ment de forme cylindrique servant de segment de guidage de l'élément d'obturation de soupape et/ou de la surface de guidage coopérant avec le segment de forme cylindrique à au moins une rainure longitudinal pour former un canal de fin d'écoulement. Cela garantit que le carburant de fin de commande puisse s'écouler et permette à la soupape de s'ouvrir sans difficulté. La ou les rainures longitudinales qui développent le canal de fin d'écoulement peuvent avoir une section polygonale ou ronde. De façon préférentielle, la section de la rainure longitudinale est en forme d'arc de cercle ou de forme trapézoïdale. Suivant une autre caractéristique avantageuse on a plusieurs rainures longitudinales servant de canaux de fin d'écoulement qui, de façon encore plus préférentielle, ont la même section et sont réparties de façon équi-angulaire. On peut avoir par exemple deux, trois, quatre, cinq, six ou plus de rainures longitudinales à la périphérie du segment de forme cylindrique de l'élément d'obturation de soupape et/ou dans la périphérie intérieure de la surface de guidage coopérant avec l'élément d'obturation de soupape et cela avec une répartition régulière. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation d'une soupape de régulation de pression d'accumulateur de carburant à haute pression représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisa- tion préférentiel d'une soupape de régulation de pression selon l'invention, - la figure 2 montre un détail à échelle agrandie de la figure 1 dans la région de l'élément d'obturation de la soupape de régulation de pres- sion, - la figure 3 montre un détail à échelle agrandie de la figure 2 dans la région du siège de la soupape de régulation de pression, - la figure 4 est un détail à échelle agrandie de la figure 3 dans la région du siège d'étanchéité, - la figure 5 est une vue à échelle agrandie de la figure 4 dans la ré- gion du contour d'étanchéité de l'élément d'obturation, - la figure 6 est une coupe longitudinale de la soupape de régulation de pression des figures 1-5 avec un élément d'obturation basculé, - la figure 7 est un détail à échelle agrandie de la figure 6, - la figure 8 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisa- tion préférentiel d'une soupape de régulation de pression selon l'invention, et - la figure 9 est une section de l'élément d'obturation de la soupape de régulation de pression de la figure 8.35 Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre la structure d'ensemble d'une soupape de régulation de pression selon l'invention. Un boîtier de soupape 2 comporte un perçage 1 recevant une broche d'induit 5 coulissant axia- 1 lement. La première extrémité de la broche d'induit 5 est reliée à un in- duit 6 en forme de plaque coopérant avec un module magnétique 7 également logé dans le boîtier de soupape 2. La seconde extrémité de la broche d'induit 5 à l'opposé de celle du module magnétique 7 est tournée vers un siège de soupape 4, conique réalisé dans le corps de sou- 10 pape 17 et il comporte une surface frontale plane comme surface de contact 13 par laquelle la broche d'induit 5 s'appuie contre la surface frontale 12 également plane d'un organe d'obturation de soupape 3 en forme de goujon (voir figure 2). Lorsque le module magnétique 7 est alimenté en courant, 15 l'induit 6 et la broche d'induit 5 se déplacent en direction du siège de soupape 4 ; la broche d'induit 5 sollicite l'élément d'obturation de soupape 3 dans la direction de fermeture, c'est-à-dire en direction du siège de soupape 4 par une poussée. L'élément d'obturation de soupape 3 est ainsi mis dans le siège de soupape 4 de sorte que la soupape se ferme. 20 Lorsque l'alimentation du module magnétique 7 est coupée, la force dé- veloppée par le ressort 22 s'appuyant d'un côté contre l'induit 6 et de l'autre contre le corps de soupape 2, rappelle l'induit 6 et la broche d'induit 5 dans la position de sortie respective. La pression hydraulique appliquée sur l'élément d'obturation 3 fait que cet élément d'obturation 25 3 se soulève du siège de soupape 4 et ouvre la soupape. En position d'ouverture de la soupape, le siège de soupape 4 est traversé par le débit de fin de commande qui arrive dans le retour (non représenté) en passant par les perçage radiaux 21 du boîtier de soupape 2. La soupape de régulation de pression représentée à la fi- 30 gure 1 comporte en outre un couvercle 23 et une pièce de connexion 24 reliée à celui-ci pour assurer le branchement électrique du module magnétique 7. La réalisation pratique de l'élément d'obturation 3 de la soupape de régulation de pression de la figure 1 est développée dans les 35 figures 2 à 5. La forme du goujon se compose d'un segment cylindrique 16 d'un diamètre Di = 3 mm lui-même délimité par une surface frontale plane 12 contre laquelle s'appuie la broche d'induit 5 ; de l'autre côté, on a un segment tronconique 10 par lequel l'élément d'obturation de soupape 3 pénètre dans la région du siège de soupape 4. Le segment cylindrique 16 de l'élément d'obturation de soupape 3 est entouré par un disque de réglage 18 de forme annulaire ayant un perçage central d'un diamètre D2 = 4 mm pour recevoir l'élément d'obturation de soupape 3. La hauteur HE du disque de réglage 18 est d'environ 1,5 mm alors que la hauteur HS de l'élément d'obturation 3 en forme de broche lo correspond à un multiple de cette dimension. La figure 3 montre la réalisation de l'extrémité côté siège de soupape de l'élément d'obturation de soupape 3 en forme de goujon. Un rétrécissement périphérique 15 du segment conique 10 rapporté sur le segment cylindrique 16 se développe sous la forme d'un double cône 15 ayant un segment conique 9 (cône aval) et un segment conique 8 (cône amont). L'angle au sommet YK1 du cône amont est de préférence égal à 92° et l'angle au sommet YK2 du cône aval est égal à 88° de sorte que dans la zone d'intersection des deux cônes, on a un contour d'étanchéité 14 annulaire coopérant avec le siège de soupape 4 (voir à 20 cet effet également les figures 4 et 5). Le diamètre D3 du contour d'étanchéité 14 annulaire est égal à 0,74 mm. L'angle de siège Ys du siège de soupape 4 est égal à 90° de sorte qu'il est légèrement plus petit que l'angle au sommet YK1 du cône amont et légèrement supérieur à l'angle au sommet YK2 du cône aval de l'extrémité en forme de double 25 cône de l'élément d'obturation de soupape 3. L'angle au sommet YK3 du segment conique 10 adjacent au segment cylindrique 16 de l'élément d'obturation de soupape 3 est égal à 70° de sorte qu'entre le segment 10 de l'élément d'obturation de soupape 3 et le siège de soupape 4, on aura un canal d'écoulement sortant, suffisamment grand. 30 Le rétrécissement 15 entre le segment de forme conique et le double cône 8, 9 (voir figure 4) a une section (génératrice) en forme d'arc de cercle de rayon Ri qui est égal à 0,55 mm. La longueur de la corde du rétrécissement 15 est d'environ 0,49 mm. Comme le montre la figure 5, le siège de soupape 4 a une 35 largeur radiale Bs égale à 240 pm. Le diamètre du contour d'étanchéité 14, de forme annulaire ou du diamètre du siège est de préférence au milieu par rapport à la largeur radiale Bs du siège de soupape 4. La figure 5 montre également que le double cône 8, 9 a un autre segment de forme conique 11 dont l'angle au sommet est agrandi (voir également la figure 4). L'extrémité libre du segment de forme conique 11 est délimitée par une surface frontale plane de diamètre D5 égal 0,1 mm. En position de fermeture de la soupape, le segment conique 11 pénètre dans un perçage central 25 réalisé dans le corps de soupape 17 et reliant la chambre de soupape à l'accumulateur haute pression (non représenté). Le perçage 25 a un diamètre D4 égal 0,5 mm. Les figures 6 et 7 permettent de montrer comment les moyens décrits ci-dessus se répercutent sur le comportement en bascu- lement de l'élément d'obturation de soupape 3 en forme de goujon. Le diamètre D2 ainsi que la hauteur HE du disque de réglage 18 font que l'élément d'obturation de soupape 3 en forme de goujon, de diamètre Di, en cas de basculement au maximum de 10 `)/0 pond. Par rapport à son axe longitudinal A arrive en appui contre le disque de réglage 18. Un basculement de plus de 10 % n'est pas possible de ce fait. L'élément d'obturation de soupape 3 sollicité par l'intermédiaire de la broche d'induit 5 par la poussée en direction du siège de soupape 4, fait que la position du centre de gravité de l'élément d'obturation de soupape 3 qui est situé plus bas dans la direction perpendiculaire de l'élément d'obturation de soupape 3 qu'en position basculée, fait que l'élément d'obturation de soupape 3 reprend de nouveau sa position axiale parallèle à l'axe longitudinal A. Les figures 8 et 9 montrent un autre mode de réalisation d'une soupape de régulation de pression selon l'invention. La broche d'induit 5 et l'élément d'obturation de soupape 3 en forme de goujon correspondent largement à la broche d'induit 5 et à l'élément d'obturation 3 du mode de réalisation des figures 2 à 5. Les différences se situent uniquement dans les rainures longitudinales 20 réparties régulièrement sur la périphérie extérieure de l'élément d'obturation de soupape 3 en forme de goujon qui réalise en commun avec la surface de guidage de forme cylindrique 19 du corps de soupape 17, les canaux de sortie par lesquels est évacué le débit de fin de commande. Pour réaliser la surface de guidage 19, le corps de soupape 17 comporte un segment de perçage dont le diamètre intérieur est réduit. Ce segment a une hau- teur HF. Selon la section de la figure 9, l'élément d'obturation de soupape 3 a en tout trois rainures longitudinales 20 qui ont chacune une section en forme d'arc de cercle de rayon R2. Les rainures longitudinales 20 s'étendent sur une plage angulaire oc et les segments de gui- dage subsistant entre les rainures longitudinales 20 s'étendent respectivement sur une plage angulaire 13. Cela signifie que la distance angulaire des trois rainures longitudinales 20 est identique et de préférence (dans le cas de trois rainures longitudinales 20) cet angle est égal à 120°.15 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Perçage 2 Boîtier de soupape 3 Elément d'obturation 4 Siège de soupape 5 Broche d'induit 6 Induit 7 Module magnétique 8 Cône amont 9 Cône aval 10 Segment de forme conique 11 Segment conique 12 Surface frontale plane 14 Contour d'étanchéité de forme annulaire 15 Rétrécissement 16 Segment cylindrique de l'élément d'obturation de soupape 17 Corps de soupape 18 Disque de réglage 19 Surface de guidage de forme cylindrique 20 Rainure longitudinale 22 Ressort 23 Partie formant couvercle 24 Partie de connecteur 25 Perçage a Plage angulaire d'une rainure longitudinale f3 Plage angulaire des segments de guidage Bs Largeur radiale du siège de soupape D2 Diamètre du disque de réglage D3 Diamètre du contour d'étanchéité annulaire 14 D4 Diamètre du perçage 25 HB Hauteur de l'élément d'obturation de soupape en forme de goujon HE Hauteur du disque de réglage HF Hauteur du segment de perçage de diamètre intérieur réduit du corps de soupape Ri Rayon du segment en arc de cercle de la génératrice du rétrécis- sement 15 R2 Rayon de la section en arc de cercle d'une rainure longitudinale 20 YK1 Angle au sommet du cône amont 8 YK2 Angle au sommet du cône aval 9 YK3 Angle au sommet du segment conique 10 adjacent au segment cylindrique 16 Ys Angle du siège de soupape 410 REVENDICATIONS1°) Soupape de régulation de pression d'accumulateur de carburant haute pression de moteur à combustion interne comprenant une broche d'induit logée dans un perçage (1) d'un corps de soupape (2) de façon coulissante axialement et agissant sur un élément d'obturation de sou- pape (3) en direction de son siège de soupape (4), cette broche d'induit (5) étant reliée à un induit (6) par son extrémité opposée à celle du siège de soupape (4) ainsi qu'un module magnétique (7) coopérant avec l'induit (6) pour actionner la soupape de régulation de pression, soupape caractérisée en ce que l'élément d'obturation de soupape (3) a essentiellement une forme de goujon et son extrémité tournée vers le siège de soupape (4) a au moins un segment conique (8, 9, 10, 11). 2°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface frontale (12) de l'élément d'obturation de soupape (3) essentiellement en forme de goujon, est plane ou de forme sphérique et de préférence complémentaire à la forme de la surface de contact (13) de la broche d'induit (5). 3°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la segment conique (8, 9) de l'élément d'obturation de soupape (3) réa- lise une surface d'étanchéité ou un contour d'étanchéité (14) coopérant avec le siège de soupape (4). 4°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisée par deux segments (8, 9) coniques, avec des angles aux sommets (YKi, YK2) différents et un contour d'étanchéité (14), annulaire coopérant avec le siège de soupape (4), de préférence l'angle au sommet (YKi, YK2) est compris entre 80° et 100° de préférence entre 85° et 95°.355°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape (4) est de forme conique avec de préférence un angle de siège (Ys) égal 90°. 6°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins un segment de forme conique (10) de l'élément d'obturation de soupape (3) a un angle au sommet (YK3) compris entre 60° et 80° et de io préférence égal à 70° et/ou il rejoint directement ou indirectement par un rétrécissement périphérique (15) un autre segment de forme conique (9). 7°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que l'élément d'obturation de soupape (3) possède un segment (16) de forme cylindrique servant de segment de guidage et qui coopère avec une surface de guidage (19) réalisée dans le boîtier de soupape (2), dans un corps de soupape (17) et/ou un disque de réglage (18). 20 8°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 7, caractérisée en ce que le segment de forme cylindrique (16) servant de segment de guidage de l'élément d'obturation de soupape (3) et/ou la surface de guidage (19) 25 coopérant avec le segment de forme cylindrique (16) a au moins une rainure longitudinale (20) pour former un canal de débit sortant. 9°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 8, caractérisée en ce que 30 la rainure longitudinale (20) a une section polygonale ou ronde et de préférence la section est en forme d'arc de cercle ou de forme trapézoïdale. 10°) Soupape de régulation de pression selon la revendication 8 ou 9, 35 caractérisée parplusieurs rainures longitudinales (20) qui sont réparties de façon equiangulaire.5