Brevet FR3023347A1 — publié le 20160108

DP-321467/MA ELECTROVANNE DE REGULATION DE PRESSION DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à une électrovanne régulatrice de la pression dans la rampe commune d'un système d'injection, notamment pour moteur à combustion interne. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Un système d'injection diesel doit être opérationnel sur une plage de pression large de plusieurs milliers de bars et, une large plage de température couvrant l'hiver du nord et l'été du sud. Le système est muni d'une électrovanne pilotée qui régule, à quelques bars près, la pression dans la rampe commune du système cependant, des ondes de pressions se propagent dans le carburant et peuvent perturber le bon fonctionnement de cette électrovanne aussi, celle-ci est-elle pourvue de moyens d'amortissement de ces ondes, notamment des canaux de recirculation d'une partie du carburant entre la sortie de la rampe commune et le noyau magnétique de l'électrovanne. Cet amortissement n'opère hélas que sur une partie restreinte de la plage de pression et en dehors de cette partie, des perturbations peuvent apparaître empêchant un fonctionnement optimal de l'électrovanne et du système. RESUME DE L'INVENTION La présente invention se propose de résoudre au moins partiellement ces problèmes en proposant une électrovanne prévue pour réguler la pression dans un système d'injection de carburant sous pression. L'électrovanne comprend un corps dans lequel est agencé une aiguille coulissante entre une position fermée et un position ouverte, l'aiguille étant sollicitée par un électroaimant comprenant une bobine solidaire du corps et un noyau magnétique axialement mobile entre une première position dans laquelle il sollicite l'aiguille en position fermée et, une seconde position dans laquelle l'aiguille est libre de se déplacer en position ouverte. Le noyau est pourvu d'une cavité en communication de fluide, via un canal interne, avec un lamage du corps dans lequel émerge l'aiguille et dans lequel, en utilisation, arrive du carburant. Le noyau est de plus pourvu d'un moyen de restriction de ladite communication de fluide adapté à amortir, en utilisation, des ondes de pressions se propageant dans le carburant et à empêcher lesdites ondes de déplacer le noyau. Le moyen de restriction est un dispositif agencé de sorte à naturellement obturer la communication de fluide, ledit dispositif fermant en utilisation ladite communication lorsqu'une onde de pression se propageant dans le carburant tente de déplacer le noyau vers la seconde position. Selon un mode de réalisation, le dispositif est un clapet anti-retour comprenant une bille placée dans le canal et un siège de clapet contre lequel la bille peut se placer et ainsi obturer le canal. Selon un autre mode de réalisation le dispositif comprend un membre élastique qui, en utilisation, obture le canal lorsque le noyau est poussé par une onde de pression vers la seconde position, empêchant ainsi ledit déplacement, le membre élastique ouvrant le canal en ployant sous l'influence du déplacement du noyau lorsque celui-ci se déplace vers la première position. Plus particulièrement, le membre élastique est une membrane fixée au fond de la cavité. Selon encore un autre mode de réalisation, le membre élastique est un diaphragme comprenant des bras souples dont une extrémité est fixée au fond de la cavité et l'autre extrémité mobile se place sur la sortie du canal. Selon une alternative, l'extrémité mobile du diaphragme n'obstrue que partiellement le canal, de sorte que du carburant retenu dans la cavité peut en sortir via un mince flux de carburant. DESCRIPTION DES FIGURES Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit par l'intermédiaire des figures suivantes. La figure 1 est une coupe axiale d'une électrovanne de régulation de pression connue de l'art antérieur. Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des détails d'une électrovanne selon trois modes de réalisation de l'invention. Les figures 6 et 7 représentent un diaphragme anti-retour tels qu'utilisé dans l'électrovanne de la figure 5. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PRÉFÉRÉS Dans un système d'injection 10 diesel, il est connu d'agencer en bout de la rampe commune 12 à plusieurs injecteurs, une électrovanne 14 pilotée de sorte à réguler la pression du carburant dans la rampe 12. L'application choisie pour illustrer l'invention est partie à un système diesel cependant, l'objet de l'invention est indépendant du type de carburant et peut être utilisé dans le cadre d'un système d'injection pour essence ou tout autre. Une électrovanne 14 connue de l'art antérieur est maintenant décrite en référence à la figure let en utilisant de manière non limitative et pour simple clarté de la description l'orientation de haut en bas de la figure. L'électrovanne 14 s'étend selon un axe principal A et comprend un corps 16 adapté à s'agencer de manière complémentaire en bout de la rampe 12. De multiples alternatives de cet agencement existent sans qu'elles soient détaillées ici. Le corps 16 est pourvu d'un alésage axial 18 débouchant aux extrémités du corps dans un lamage bas 20 et dans un lamage haut 22 et, dans cet alésage 18 est agencée coulissante une aiguille 24 dont la pointe 26 émerge dans le lamage bas 20 et, à l'opposé, la tête 28 émerge dans le lamage haut 22. Elle est elle-même pourvue d'une gorge s'étendant en hélice 30 de la pointe 26 à la tête 28. Ainsi agencée, l'aiguille 24 peut se déplacer dans l'alésage 18 entre une position fermée PF et une position entièrement ouverte PO. En position fermée PF, la pointe 26 de l'aiguille 24 est en butée contre un siège 32 de vanne et obture un orifice de sortie 34 maintenant le carburant à l'intérieur de la rampe commune 12 et, en position ouverte PO, la pointe 26 se retire à distance du siège 32 et ainsi, l'orifice 34 est ouvert et le carburant sous pression peut sortir de la rampe 12 pour s'écouler dans un canal de retour 36. L'électrovanne de la figure 1 présente un agencement spécifique du siège 32 placé dans un autre lamage du corps 16 avec une petite bille placée entre le siège 32 et la pointe 26 de l'aiguille 24 et, un canal de retour 36 agencé latéralement. Il existe de très nombreuses alternatives à cet agencement sans que ceux-ci soient non plus détaillés plus avant. A l'extrémité opposée au siège 32, en haut de la figure, l'électrovanne 14 est pourvue d'un électroaimant 38 fixé en haut du corps 18. L'électroaimant comprend une bobine 40 reliée à un contrôleur électronique, non représenté et, un noyau magnétique 42 mobile coopérant avec la tête 28 de l'aiguille 24. La bobine 40, solidaire du corps 16, est de forme annulaire et entoure le haut du corps 16. Elle définit en son centre un logement axial 44 dans lequel le noyau magnétique 42 est agencé à l'aplomb du corps 16 et de l'aiguille 24. Le noyau magnétique 42 est de forme cylindrique, s'étendant axialement A entre une face supérieure 46 et une face inférieure 48 et, il est pourvu d'une cavité 50 en forme de lamage cylindrique, s'ouvrant dans la face supérieure 46 et, d'un canal 52 reliant le fond 54 de la cavité 50 à la face inférieure 48 du noyau 42. Un seul canal 52 est ici décrit et représenté cependant des alternatives comprenant plusieurs canaux 52 existent. Dans le logement 44, le noyau magnétique 42 peut coulisser entre une position basse PB, adoptée lorsque la bobine 40 est électriquement alimentée et, une position haute PH, adoptée lorsque la bobine 40 n'est pas alimentée. Entre le fond du lamage haut 22 et la face inférieure 48 du noyau 42, est comprimé un ressort 56 qui sollicite en permanence le noyau 42 vers la position haute PH. Le fonctionnement de l'électrovanne 14 est maintenant décrit. Tant que la pression du carburant dans la rampe commune 12 est inférieure à une limite prédéterminée mémorisée dans le contrôleur électronique, la bobine 40 est alimentée sollicitant le noyau 42 en position basse PB. La face inférieure 48 du noyau appuie sur la tête 28 de l'aiguille 24 et maintient celle-ci en position fermée PF. Lorsque la pression dans la rampe commune 12 atteint ladite limite prédéterminée, l'alimentation de la bobine 40 est arrêtée et le noyau 42 se déplace en position haute PH, sollicité à la fois par le ressort 56 et également par l'aiguille 24 qui elle est repoussée en position ouverte PO par le carburant sous pression qui sort par l'orifice de sortie 34. La plus grande partie du carburant est alors évacuée par le canal de retour 36 et, une partie moindre passe entre l'aiguille 24 et l'alésage 18, notamment en suivant la gorge en hélice 30. Ce carburant remonte jusqu'à atteindre le lamage haut 22 puis le canal 52 interne au noyau 42 et enfin la cavité 50. Lorsque la bobine 40 est à nouveau alimentée, le noyau 42 retourne en position basse PB et la partie du carburant qui est remontée vers le noyau peut circuler dans le sens inverse vers canal de retour 36. En utilisation, la pression du carburant doit être régulée dans une plage de +/-15 bars alors que, la pression nominale varie entre environ 200 bars et environ 2500 bars, le débit de carburant varie entre environ 5 L/h et environ 120 L/h et que, la température du carburant varie entre -30°C et entre +110°C. Le canal 52 est dimensionné de sorte qu'à basse température le temps de réponse de l'électrovanne soit inférieur à une demie seconde. Cependant la partie du carburant circulant vers le noyau véhicule des ondes de pression qui perturbent les mouvements commandés du noyau 42. Dans le but d'atténuer les effets de ces ondes un clapet anti-retour est agencé dans le noyau. Un premier mode de réalisation est maintenant décrit en référence aux figures 2 et 3. Au fond 54 de la cavité 50 est agencée une membrane élastique 58 qui, au repos épouse le fond 54 de la cavité 50 et obstrue le canal 52. L'exemple choisi montre une membrane 58 fixée en son centre au fond 54 de la cavité 50 par un pion 60 cependant, le mode de fixation peut à souhait être remplacé par une vis ou par tout autre mode alternatif de fixation, y compris un adhésif. Par ailleurs la fixation ici représentée centrale peut être déportée vers un côté de la cavité. Lorsqu'une onde de pression remonte et arrive dans le lamage haut 22 et sous le noyau magnétique 42, elle repousse le noyau vers la position haute PH. Sous l'influence de ce déplacement, la membrane 58 se plaque au fond 54 de la cavité 50 et obture le canal 52. La cavité 50 et tout cet espace haut de la vanne en général étant rempli de fluide incompressible, l'obturation du canal 52 entraîne une brusque augmentation de la pression dans la cavité 50 ce qui empêche alors le noyau 42 de ce déplacer vers le haut. Un second mode de réalisation est maintenant décrit en référence à la figure 4. Le canal 52 comprend un clapet anti-retour 62 ainsi formé : le canal 52 comprend un premier tronçon « bas » 64 de faible section et un second tronçon « haut » 66 de section plus importante. Le tronçon bas 64 s'étend vers la cavité 50 à partir de la face inférieure 48 du noyau alors, que le tronçon haut 66 s'étend vers la face inférieure 48 à partir du fond 54 de la cavité 50. L'intersection des tronçons bas 64 et haut 66 forme une section conique définissant un siège de clapet 68. Une bille 70 agencée dans le tronçon haut 66 est libre de s'y déplacer et, telle que présenté sur la figure, la bille 70 s'agence au repos contre le siège de clapet 68 et obture le tronçon bas 64 du canal 52. Un ressort, non représenté, peut être agencé dans le tronçon haut 66 et solliciter en permanence la bille 70 contre le siège 68. Le fonctionnement est similaire à celui de la membrane 58 du premier mode de réalisation. Lorsqu'une onde de pression remonte et arrive dans le lamage haut 22 et sous le noyau magnétique 42, elle repousse le noyau vers la position haute PH. Sous l'influence de ce déplacement, la bille 70 se plaque contre le siège de clapet 68 et ferme le canal 52 ce qui, pour les mêmes raisons que précédemment empêche le noyau 42 de ce déplacer vers le haut. Un troisième mode de réalisation est maintenant décrit en référence aux figures 5, 6 et 7. Au fond 54 de la cavité 50 est agencé un diaphragme élastique 72 de type connu sous la désignation anglaise « Reed valve ». Le diaphragme 72 est formé dans une mince feuille métallique et comprend un disque extérieur 74 duquel s'étendent vers l'intérieur des bras 76. Dans le but d'augmenter la souplesse des bras 76 ceux-ci sont à la fois étroit et relativement long. Ainsi, tel que montré sur les figures 6 et 7, les bras 76 sont courbés s'étendant presque tangentiellement au disque 74 et s'enroulant jusqu'à une extrémité distale circulaire 78 percée en son centre 80. Selon les figures, le disque 74 s'agence à la périphérie du fond 54 de la cavité 50 et, au repos le bras 76 s'étend de sorte que l'extrémité circulaire 78 s'agence sur l'ouverture du canal 52 et l'obstrue partiellement compte tenu du trou central 80. Jusqu'à présent la description a présenté un noyau magnétique 42 pourvu d'un seul canal 52 joignant la face inférieure 48 au fond 54 de la cavité 50. Quel que soit le mode de réalisation choisi, membrane élastique 58, clapet anti-retour 62 ou diaphragme Reed 72, le noyau peut être pourvu de plusieurs canaux 52 et l'homme du métier saura adapter sans encombres chacun des modes avec un ou plusieurs canaux 52. Ainsi le diaphragme 72 représenté est à l'évidence prévu pour obturer plusieurs canaux 52, six sur la figure. Le fonctionnement du diaphragme 72 est maintenant expliqué. Lorsqu'une onde de pression remonte et arrive dans le lamage haut 22 et sous le noyau magnétique 42, elle repousse le noyau vers la position haute PH. Sous l'influence de ce déplacement, l'extrémité circulaire 78 se replace contre l'arrivée du canal 52 obture le canal 52 ce qui, pour les mêmes raisons que précédemment, empêche le noyau 42 de ce déplacer vers le haut. Dans l'alternative présentée, l'extrémité circulaire 78 est pourvue d'un petit trou central 80 de sorte que le canal 52 n'est jamais totalement obstrué et un mince flux de fluide peut toujours circuler par le canal 52. Dans ce cas l'effet de l'onde de pression est amoindri et le déplacement du noyau amorti. Les références suivantes ont été utilisées dans la description. système d'injection 12 rampe commune 10 14 électrovanne 16 corps de l'électrovanne 18 alésage 20 lamage bas 22 lamage haut 24 aiguille 26 pointe de l'aiguille 28 tête de l'aiguille 30 gorge en hélice 32 siège de vanne 34 orifice de sortie 36 canal de retour 38 électroaimant 40 bobine 42 noyau magnétique 44 logement du noyau 46 face supérieure du noyau 48 face inférieure du noyau 50 cavité dans le noyau 52 canal 54 fond de la cavité 56 ressort 58 membrane élastique 60 pion de fixation REVENDICATIONS: 1. Electrovanne (14) prévue pour réguler la pression dans un système d'injection (10) de carburant sous pression, l'électrovanne (14) comprenant un corps (16) dans lequel est agencé une aiguille (24), coulissante entre une position fermée (PF) et un position ouverte (PO), l'aiguille (24) étant sollicitée par un électroaimant (38) comprenant une bobine (40) solidaire du corps et un noyau magnétique (42) axialement mobile entre une première position (PB) dans laquelle il sollicite l'aiguille (24) en position fermée (PF) et, une seconde position (PH) dans laquelle l'aiguille (24) est libre de se déplacer en position ouverte (PO), le noyau (42) étant pourvu d'une cavité (50) en communication de fluide, via un canal interne (52), avec un lamage du corps (22) dans lequel émerge l'aiguille (24) et dans lequel, en utilisation, arrive du carburant, caractérisé en ce que le noyau (42) est de plus pourvu d'un moyen de restriction (58, 62, 72) de ladite communication de fluide adapté à amortir, en utilisation, des ondes de pressions se propageant dans le carburant et à empêcher lesdites ondes de déplacer le noyau (50). 2. Electrovanne (14) selon la revendication précédente dans laquelle le moyen de restriction (58, 62, 72) est un dispositif agencé de sorte à naturellement obturer la communication (52) de fluide, ledit dispositif fermant en utilisation ladite communication lorsqu'une onde de pression se propageant dans le carburant tente de déplacer le noyau (42) vers la seconde position (PH). 3. Electrovanne (14) selon la revendication 2 dans laquelle le dispositif est un clapet anti-retour (62) comprenant une bille (70) placée dans le canal (50) et un siège de clapet (68) contre lequel la bille (70) peut se placer et ainsi obturer le canal. 4. Electrovanne (14) selon la revendication 2 dans laquelle le dispositif comprend un membre élastique (58) qui, en utilisation, obture le canal (52) lorsque le noyau (50) est poussé par une onde de pression vers la seconde position (PH), empêchant ainsi ledit déplacement et, l'ouvrant en ployant sous l'influence du déplacement du noyau (50) vers la première position (PB). 5. Electrovanne (14) selon la revendication 4 dans laquelle le membre élastique (58) est une membrane fixée au fond (54) de la cavité. 6. Electrovanne (14) selon la revendication 4 dans laquelle le membre élastique (58) est un diaphragme (72) comprenant des bras souples (76) dont une extrémité est fixée au fond (54) de la cavité et l'autre extrémité mobile se place sur la sortie du canal. 7. Electrovanne (14) selon la revendication 6 dans laquelle l'extrémité mobile (78) du diaphragme (72) n'obstrue que partiellement le canal (52), de sorte que du carburant retenu dans la cavité (50) peut en sortir via un mince flux de carburant.