Brevet FR3023897A1 — publié le 20160122

DP-321567/MA Electrovanne de régulation de pression DOMAINE TECHNIQUE L'invention est relative à une électrovanne régulatrice de la pression, par exemple dans la rampe commune d'un système d'injection et, plus particulièrement d'une électrovanne pourvu d'un moyen supplémentaire d'assistance à la fermeture. lo 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. Le système est muni d'une électrovanne pilotée qui régule à quelques bars près, la pression dans la rampe commune du système. Typiquement agencée en extrémité 15 de la rampe commune, la vanne peut commuter entre un état ouvert, dans lequel du fluide sous pression peut sortir de la rampe sortir via un orifice de décharge et un état fermé dans lequel ledit orifice est obturé par un pointeau de la vanne. En état fermé, le pointeau est sollicité d'une part vers l'ouverture, le fluide sous pression dans l'orifice de décharge bouché le repoussant et générant une force d'ouverture 20 et, d'autre part vers la fermeture, le pointeau étant également sollicité vers la fermeture par l'électroaimant qui génère sur lui une force de fermeture supérieure à la force d'ouverture. La pression de service de plus en plus élevée impose de pourvoir les vannes ayant des électroaimants de plus en plus grands et aptes à générer des forces 25 de fermetures importantes. RESUME DE L'INVENTION La présente invention se propose de résoudre au moins partiellement ces problèmes en proposant une électrovanne de régulation de pression destinée à être 30 agencée sur un réservoir de fluide pressurisé. La vanne (ou électrovanne) comprend un corps dans lequel est agencé un membre obturateur mobile entre une position fermée, dans laquelle il est en contact avec un siège de vanne et obture un orifice de décharge. Le passage de fluide sous pression est alors interdit et, le fluide sous pression génère sur le membre obturateur une force d'ouverture et, une position 35 ouverte dans laquelle le membre obturateur est éloigné du siège libérant la sortie de l'orifice de décharge permettant ainsi le passage de fluide. La vanne comprend de plus un actionneur électromagnétique comprenant une bobine et un noyau magnétique agencé de sorte à générer sur le membre obturateur une première force de fermeture lorsque la bobine est alimentée. La vanne est de plus pourvue d'un moyen supplémentaire d'assistance à la fermeture générant sur le membre obturateur une seconde force de fermeture sollicitant le membre obturateur vers la position fermée. L'intensité de la force d'ouverture est supérieure à l'intensité de la seconde force de fermeture de sorte que le membre obturateur se place en position ouverte lorsque la bobine n'est pas alimentée. par contre, l'intensité de la force d'ouverture est inférieure à l'intensité cumulée de la première et de la seconde forces de fermeture de sorte que le membre obturateur se place en position fermée lorsque la bobine est alimentée. La seconde force de fermeture est proportionnelle à la pression du fluide dans le réservoir. Ledit moyen supplémentaire d'assistance est un moyen hydraulique qui comprend un canal de dérivation court-circuitant l'orifice de décharge. Ainsi du fluide sous pression sort du réservoir par ledit canal de dérivation pour agir sur une surface de poussée solidaire du membre obturateur de sorte à générer la seconde force de fermeture. Plus particulièrement, le canal de dérivation est arrangé partiellement dans le corps de la vanne. L'invention est également relative à un ensemble réservoir et vanne de régulation de pression, le réservoir étant apte à contenir un fluide sous pression et la 25 vanne étant réalisée comme précédemment décrit. En particuliers, le réservoir peut être une rampe commune d'un dispositif d'injection de carburant. L'invention est également relative à un dispositif d'injection de carburant dans un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant un ensemble rampe 30 commune et électrovanne. 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 réalisée selon l'invention. La figure 2 est un détail grossi de la vanne de la figure 1. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION 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 voire dans le cadre général d'un réservoir pressurisé pourvu d'une vanne de régulation. L'électrovanne 14 est maintenant décrite en référence aux figures 1 et 2 et 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. 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 décharge 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. 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. L'aiguille 24 comprend de plus une partie de tête, du côté de la tête 28, la partie de tête étant de diamètre dl et coulissant dans un alésage haut 58 de diamètre Dl et, une partie de pointe de diamètre d2 légèrement supérieur au diamètre de tête dl, la partie basse coulissant dans un alésage bas 60 de diamètre D2. Entre les deux parties de l'aiguille 24 est formée une face discale transversale 62 et de plus, un jeu fonctionnel est pourvu entre les diamètres de l'aiguille et du corps, dl/D1 et d2/D2 de sorte à ne pas empêcher le coulissement de l'aiguille 24. Le corps 16 est pourvu d'une chambre cylindrique 64 de laquelle l'alésage haut 58 de diamètre Dl s'étendant vers le haut et, l'alésage bas 60 de diamètre D2 s'étendant vers le bas, l'aiguille 24 traversant la chambre cylindrique 64 de sorte que la chambre 64 forme autour de l'aiguille une chambre annulaire. La vanne 14 est de plus pourvue d'un canal de dérivation 66, stylisé est un épais trait noir sur la figure 1, le canal de dérivation 66 s'étend depuis la chambre cylindrique 64 jusque au travers du siège de vanne 32 qu'il traverse pour déboucher dans la rampe commune 12. Il existe de nombreuses autres interfaces et type de montage, chacun ayant ses spécificités et d'innombrables autres cheminements du canal de dérivation 66 sont envisageables, qu'ils passent au travers du siège, tel que la figure 1, ou bien dans la paroi ou au moyen d'une rainure, ou encore par l'extérieur à la fois du rail et du corps de la vanne, l'essentiel étant qu'il mette en connexion de fluide la chambre cylindrique 64 et le volume interne de la rampe commune 12, volume dans lequel se trouve le carburant sous pression. 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 génère sur l'aiguille 24 une première force de force de fermeture Fl. Le fluide sous pression dans la rampe 12 passe par le canal de dérivation 66 et remplit la chambre cylindrique 64 où le fluide sous pression exerce sur la face discale transversale 62 une seconde force de fermeture F2 proportionnelle à la pression du fluide et à la surface de la face discale 62. Le fluide sous pression dans la rampe 12 est également présent dans l'orifice de décharge 34 où il exerce sur la pointe 26 de l'aiguille une force d'ouverture F3. La force d'ouverture F3 est supérieure à la seconde force de fermeture F2 et, par ailleurs, la somme des forces de fermeture Fl et F2 est supérieure à la force d'ouverture F3. F3 > F2 et Fl + F2 > F3 Lorsque la bobine 40 est alimentée, l'aiguille 24 est soumise aux trois forces Fl, F2, F3, et se place en position fermée PF alors que, lorsque la pression dans la rampe commune 12 atteint, voire dépasse ladite limite prédéterminée, l'alimentation de la bobine 40 est arrêtée et le noyau 42 n'exerce plus la première force de fermeture Fl. L'aiguille 24 n'est donc plus soumise qu'à la seconde force de fermeture F2 et à la force d'ouverture F3 et l'aiguille se déplace alors en position ouverte PO. Le noyau magnétique 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 décharge 34. Le fluide à haute pression se trouvant dans le chambre cylindrique 64 va en permanence avoir tendance à fuir notamment en s'infiltrant, vers le haut, dans le jeu fonctionnel ci-avant mentionné entre le diamètre de tête dl de l'aiguille et le diamètre Dl de l'alésage haut du corps. Cette fuite qui remonte le long de l'aiguille atteint le lamage haut 22 puis retourne vers le circuit de retour 36 via un circuit classique qui comprend par exemple un canal interne de retour 68 s'étendant dans le corps 16 en parallèle de l'aiguille 24. Grâce à l'assistance hydraulique supplémentaire apportée par le fluide sous pression exerçant la seconde force de fermeture F2, l'électroaimant 38 n'a plus à être dimensionné pour assurer à lui seul la fermeture tel que cela est le cas dans les vannes de l'art antérieur. Les références suivantes ont été utilisées dans la description. 10 système d'injection 12 rampe commune 14 électrovanne 16 corps de l'électrovanne 18 alésage lamage bas 22 lamage haut 24 aiguille 20 26 pointe de l'aiguille 28 tête de l'aiguille 32 siège de vanne 34 orifice de décharge 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 alésage haut 60 alésage bas 62 surface discale transversale 64 chambre cylindrique 66 canal de dérivation 68 canal interne de retour A axe principal PF position fermée PO position ouverte PB position basse du noyau PH position haute du noyau Dl diamètre de l'alésage haut dl diamètre de la partie de tête de l'aiguille D2 diamètre de l'alésage bas d2 diamètre de la partie de pointe de l'aiguille F I première force de fermeture F2 seconde force de fermeture F3 force d'ouverture REVENDICATIONS1. Electrovanne de régulation de pression (14) destinée à être agencée sur un réservoir (12) de fluide pressurisé, la vanne (14) comprenant un corps (16) dans lequel est agencé un membre obturateur (24) mobile entre une position fermée (PF) dans laquelle il est en contact avec un siège de vanne (32) et obture un orifice de décharge (34) et interdit le passage de fluide sous pression qui génère sur le membre obturateur (24) une force d'ouverture (F3) et, une position ouverte (PO) dans laquelle le membre obturateur (24) est éloigné du siège (32) libérant la sortie de l'orifice de décharge (34) permettant ainsi le passage de fluide, la vanne (14) comprenant de plus un actionneur électromagnétique (38) comprenant une bobine (40) et un noyau magnétique (42) agencé de sorte à générer sur le membre obturateur (24) une première force de fermeture (F1) lorsque la bobine (40) est alimentée, caractérisé en ce que la vanne (14) est de plus pourvue d'un moyen supplémentaire (62, 64, 66) d'assistance à la fermeture générant sur le membre obturateur (24) une seconde force de fermeture (F2) sollicitant le membre obturateur (24) vers la position fermée (PF). 2. Vanne (14) selon la revendication précédente dans laquelle l'intensité de la force d'ouverture (F3) est supérieure à l'intensité de la seconde force de fermeture (F2) de sorte que le membre obturateur (24) se place en position ouverte (PO) lorsque la bobine (40) n'est pas alimentée. 3. Vanne (14) selon l'une quelconque des revendications précédente dans laquelle l'intensité de la force d'ouverture (F3) est inférieure à l'intensité cumulée de la première (F1) et de la seconde (F2) forces de fermeture de sorte que le membre obturateur (24) se place en position fermée (PF) lorsque la bobine (40) est alimentée. 4. Vanne (14) selon l'une quelconque des revendications précédente dans laquelle la seconde force de fermeture (F2) est proportionnelle à la pression du fluide dans le réservoir (12). 5. Vanne (14) selon la revendication 4 dans laquelle ledit moyen supplémentaire d'assistance (62, 64, 66) est un moyen hydraulique. 6. Vanne (14) selon la revendication 5 dans laquelle ledit moyen supplémentaire (62, 64, 66) comprend un canal de dérivation (66) court-circuitant l'orifice de décharge (34), du fluide sous pression sortant du réservoir (12) par ledit canal de dérivation (66) pour agir sur une surface de poussée (62) solidaire du membre obturateur (24) de sorte à générer la seconde force de fermeture (F2). 7. Vanne (14) selon la revendication 6 dans laquelle le canal de dérivation (66) est arrangé partiellement dans le corps de la vanne (16). 8. Ensemble réservoir et vanne de régulation de pression, le réservoir (12) étant apte à contenir un fluide sous pression et la vanne (14) étant selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Ensemble selon la revendication 8 dans lequel le réservoir est une rampe commune (12) d'un dispositif d'injection de carburant (10). 10. Dispositif d'injection de carburant (10) dans un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant un ensemble selon la revendication 9.