Brevet FR3030639A1 — publié le 20160624

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une soupape de régu- lation de pression pour un accumulateur haute-pression ayant un corps de soupape et un élément de soupape ainsi qu'un organe d'obturation coulissant dans le corps de soupape, l'élément de soupape formant un siège de soupape pour l'organe d'obturation qui peut ainsi fermer le perçage relié à l'accumulateur haute-pression. L'invention se rapporte également à un accumulateur haute-pression équipé d'une telle soupape de régulation de pression. Etat de la technique Les moteurs diesel ou à essence, actuels utilisent des systèmes d'injection avec des accumulateurs haute pression alimentés en carburant par une pompe haute pression. Le carburant est ensuite dosé à partir de cet accumulateur par des injecteurs dans les chambres de combustion du moteur. Pour injecter le carburant dans une chambre de combustion du moteur, on le comprime avec la pompe haute-pression jusqu'à une pression de 300 bar (moteur à essence) ou 2500 bar (moteur diesel). La régulation de cette pression se fait à l'aide d'un capteur de pression et d'une soupape de régulation de pression ; ces deux composants sont installés sur l'accumulateur haute-pression. Un tel accumulateur haute-pression de carburant est connu selon le document DE 10 2008 040 901. Dans cet accumulateur haute-pression connu, la soupape de régulation de pression et le capteur de pression sont installés séparés l'un de l'autre sur un tel accumulateur de carbu- rant haute-pression. Les concepts connus des systèmes d'injection à accumulateur utilisent deux composants distincts pour saisir la pression (capteurs de pression) et pour commander la pression (soupape de régulation de pression) dans l'accumulateur haute-pression. Les sou- papes de régulation de pression, utilisées actuellement ne permettent pas d'intégrer le capteur de pression dans la soupape de régulation de pression, car la soupape de régulation de pression n'offre qu'une place extrêmement limitée et la pression en de nombreux endroits de la soupape de régulation de pression diffère significativement de la pression régnant dans l'accumulateur haute-pression à cause des effets d'étranglement. C'est pourquoi les soupapes de régulation de pression, actuelles ne permettent que d'installer un capteur de pression à l'interface entre la soupape de régulation de pression et l'accumulateur haute-pression, mais cette solution n'est pas envisageable à cause de l'encombrement. De plus, le carburant qui s'échappe par le siège de la soupape de régulation de pression chauffe très fortement les composants. Le capteur de pression qui se trouve à cet endroit serait exposé à des contraintes de température élevées. Le document DE 10 2013 219 418 Al non encore publié décrit une soupape de régulation de pression intégrant un capteur de pression dont l'organe d'obturation s'appuie sur une membrane. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in- convénients et a ainsi pour objet une soupape de régulation de pression pour un accumulateur haute-pression telle que définie ci-dessus, carac- térisée en ce que l'élément de soupape a un second perçage différent du premier perçage, dans le prolongement du second perçage, le corps de soupape a une cavité et une membrane est prévue entre le second perçage et la cavité, la membrane ayant un capteur de pression. La soupape de régulation de pression selon l'invention a l'avantage, vis-à-vis de l'état de la technique, d'avoir sur l'élément de soupape un second perçage, différent du premier perçage et dans le prolongement du second perçage le corps de soupape a une cavité ; entre ce second perçage et la cavité, il y a une membrane à laquelle est associé un capteur de pression. Ainsi la mesure de la pression dans la soupape de régulation de pression est découplée par l'organe d'obturation, ce qui augmente la précision de la mesure. L'intégration du capteur de pression dans la soupape de régulation de pression, réduit le nombre total de composants ce qui diminue le coût. De plus, dans les capteurs de pression connus, le cordon de soudure entre le capteur de pression et le taraudage de l'accumulateur haute-pression limite la pression maximale. Le cordon de soudure peut être supprimé dans le cas d'une soupape de régulation de pression proposée, intégrant un capteur de pression. Selon un développement avantageux, la membrane est un disque circulaire avec un orifice central. Une telle membrane a un évidemment pour l'organe d'obturation de sorte que l'organe d'obturation et la membrane sont découplés naturellement. En outre, la membrane peut occuper pratiquement toute la section de l'élément de soupape ou du corps de soupape de sorte que la membrane est très peu sollicité. Selon un autre développement avantageux, la membrane est serrée entre l'élément de soupape et le corps de soupape ce qui est une fixation simple et garantie de la membrane entre l'élément de sou- pape et le corps de soupape. En variante ou en plus, il est avantageux que la mem- brane soit soudée à l'élément de soupape et/ou au corps de soupape. La soudure de la membrane à l'un des composants réalise une liaison fiable, économique et sûre. Selon un autre développement, la membrane dépasse latéralement du corps de soupape et/ou de l'élément de soupape ce qui se traduit par une collerette par laquelle la membrane peut être tenue pendant l'opération de blocage, notamment le serrage ou le soudage en place. En plus la collerette, c'est-à-dire la partie de la membrane qui dépasse latéralement pourra être serrée pendant ou après l'opération de fixation suivant une ligne enveloppe donnée par l'élément de soupape ou le corps de soupape, ce qui augmente d'autant la qualité de la fixation. Selon un autre développement avantageux, la membrane est en acier, notamment en un acier nickel-chrome. Le matériau de la membrane doit être suffisamment stable pour résister à la haute-pression de l'accumulateur haute-pression et en plus à la corrosion par le carburant dans l'accumulateur haute-pression Les aciers nickel- chrome ont l'avantage de répondre à ces deux conditions de sorte qu'ils constituent le moyen approprié pour une telle membrane servant à la mesure de la pression. Selon un autre développement avantageux, la cavité du corps de soupape est reliée par un canal à la face frontale du corps de soupape, à l'opposé de l'élément de soupape. Le canal permet un pas- sage simple et garanti du câble relié au capteur de pression de la membrane. Comme le câble sort latéralement du corps de soupape, cela réduit le risque de dommages au câble au moment du montage. En outre, cela augmente la fiabilité du câble car il n'est pas exposé aux intempé- ries. Selon un développement, la surface enveloppe du corps de soupape a un évidement recevant une unité d'exploitation du capteur de pression. L'unité d'exploitation logée dans un évidement latéral du corps de la soupape de régulation de pression réalise une soupape de régulation de pression qui n'est pas plus encombrante qu'une sou- pape de régulation sans moyen de mesure de la pression. En d'autres termes, la soupape de régulation de pression avec un capteur de pression intégré est une soupape de régulation de pression très compacte. Selon un autre développement, le capteur de pression comporte un pont de mesure ou un élément MEMS. Le pont de mesure ou l'élément MEMS constituent des solutions simples et économiques pour saisir la déformation de la membrane exposée à la pression du carburant de l'accumulateur haute-pression et déterminer ainsi la pression. En variante, de façon avantageuse, le capteur de pression est un capteur optique saisissant la déformation de la membrane. Le capteur optique a l'avantage de mesurer la pression sans contact de sorte que le capteur n'est soumis à aucune usure liée à la déformation de la membrane. Dessins La présente sera décrite ci-après de manière plus détail- lée à l'aide de modes de réalisation de soupapes de régulation de pression représentées dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'une soupape de régulation de pression intégrant un capteur de pression selon l'invention, la figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'une soupape de régulation de pression avec un capteur de pression intégré selon l'invention.35 Description de modes de réalisation La figurel montre une vue en coupe d'un accumulateur haute-pression 1 muni d'une soupape de régulation de pression 10 selon l'invention. L'accumulateur haute-pression 1 a un boîtier 2 avec une chambre de fluide 3 pour recevoir un fluide 5, notamment du carbu- rant. La face frontale 4 du boîtier 2 est munie d'une ouverture 8 recevant la soupape de régulation de pression 10 selon l'invention. Pour fixer la soupape de régulation de pression 10 dans l'ouverture 8, à la fois le corps 20 de la soupape de régulation de pression 10 et aussi les ouvertures 8 comportent un filetage 6, 16 pour visser la soupape de ré- gulation de pression 10 dans l'accumulateur haute-pression 1. En variante, le corps de soupape 20 est logé dans un manchon fileté 17 que l'on visse dans l'ouverture 8 de l'accumulateur haute-pression. Le boîtier 2 de l'accumulateur haute-pression 1 comporte en outre un orifice de sortie 7 relié à la conduite de retour 9. La soupape de régulation de pression 10 a un élément de soupape 22 fermé par un organe d'obturation 30. L'organe d'obturation 30 est appliqué contre le siège 23 de l'élément de soupape 22 pour fermer le premier perçage 27 entre la chambre de fluide 3 et l'orifice de sortie 7 de l'accumulateur haute-pression 1. Un filtre 61 sépare la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1 et le premier perçage 27. Ce filtre évite l'entrée de particules ou autres saletés dans l'élément de soupape 22. Le corps 20 de la soupape de régulation de pression 10 a en outre au moins une ouverture 18 permettant au fluide de sortir de la chambre 14 de la soupape de régulation de pression 10 par l'ouverture de sortie 7 et passer dans la conduite de retour 9. Le corps 20 de la soupape de régulation de pression 10 comporte une bobine électromagnétique 55 et le ressort 56 coopérant avec l'organe d'obturation 30. L'organe d'obturation 30 comporte un induit 58 pour entraîner l'organe d'obturation 30 à l'aide de la bobine électromagnétique 55. Le ressort 56 antagoniste qui s'appuie contre un côté de l'induit 58 et de l'autre contre le corps 20 de la soupape de régulation de pression 10. Le corps de soupape 20 comporte également un guide 57 pour l'organe d'obturation 30. L'élément de soupape 22 est muni d'un second perçage 29 parallèle au premier perçage 27 et traversant l'élément de soupape 22. A l'extrémité 32 de l'élément de soupape 22 à l'opposé de la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1, le second per- çage 29 est fermé de manière étanche par une membrane 40. La mem- brane 40 est munie d'un capteur de pression 41 qui détecte la déformation de la membrane 40 et permet de conclure à la pression dans la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1. La membrane 40 est en acier, par exemple en acier nickel-chrome pour avoir la tenue suffisante pour fermer le second perçage 29 contre la pression dans la chambre de fluide 3 ou dans le second perçage 29 d'une manière étanche aux fortes pressions ainsi que pour résister à la corrosion du fluide 5 dans la chambre de fluide 3. La membrane 40 se présente sous la forme d'un disque circulaire 46. Le disque circulaire a un orifice central 47 traversé par l'organe d'obturation 30. La mem- brane 40 dépasse latéralement de l'élément de soupape 20 de sorte qu'on peut la tenir par cette partie qui dépasse pour la fixer à l'élément de soupape 20 et à la membrane 40. La partie qui dépasse latéralement est pressée contre la surface-enveloppe de l'élément de soupape 22 une fois la liaison réalisée. Pour relier la membrane et l'élément de soupape, il est avantageux de souder la membrane 40 et l'élément de soupape 22 ou de presser la membrane 40 entre l'élément de soupape 22 et le corps de soupape 20. En variante, on peut également souder la membrane au corps de soupape 20 et/ou appliquer la partie latérale qui dépasse contre la surface enveloppe 38 du corps de soupape 20. On peut également envisager des modes de réalisation sans que la membrane ne dépasse latéralement de l'élément de soupape 22 ou du corps de soupape 20. Dans le prolongement du second perçage 29, le corps de soupape 22 a une cavité 31 ce qui permet de déformer la membrane 40. En outre, la surface-enveloppe 38 du corps de soupape 20 a un évidement 39 recevant une unité d'exploitation 50 du capteur de pression 41. En variante, on peut également avoir un canal 37 dans le corps de soupape 20, notamment un perçage traversant qui relie la membrane 40 à la face frontale 36 du corps de soupape 20 à l'opposé de l'élément de soupape 22. Le canal 37 permet le passage du câble du capteur de pression 41 de sorte que le câblage sera protégé contre les effets mécaniques, thermiques ou chimiques. Le capteur de pression 41 est par exemple réalisé comme pont de mesure 42. En variante, on peut égale- ment avoir un capteur de pression ayant un ou plusieurs éléments micro-électromécaniques (éléments MEMS). En variante, l'unité d'exploitation 30 est à l'extérieur du corps de soupape 22. Le second perçage 29 est un perçage étagé ayant un pre- mier segment 48 de petite section et un second segment 49 de plus grande section. Le premier segment 48 de petite section facilite le branchement de la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1. Dans ce cas, la surface de section la plus grande du second segment 49 est avantageuse pour la mesure de la pression car la surface d'appui de la membrane 40 est plus faible et pour la même pression on aura une déformation plus grande de la membrane 40, ce qui se détecte plus facilement. Il est de plus avantageux que le diamètre de la cavité 31 soit égal au diamètre du second perçage 29 pour permettre à la membrane 40 de se déformer de manière appropriée. En outre, la cavité 31 doit être suffisamment grande pour que le capteur de pression 41 puisse s'y trouver et toucher la membrane 40. Au repos, la soupape de régulation de pression 10 est ou- verte. L'organe d'obturation 30 est soulevé du siège de soupape 23 par le ressort 56 de sorte que l'on a un point d'étranglement entre le siège de soupape 23 et l'organe d'obturation 30 ; notamment entre l'arête et le siège 23 proprement dit, on aura un point d'étranglement par lequel le carburant peut sortir de l'accumulateur haute-pression 1 dans la conduite de retour 9 par le siège de soupape 23, la chambre 14, en passant par l'ouverture 18 et l'ouverture de sortie 7. Pour établir la pression dans l'accumulateur haute-pression 1, on commande la bobine élec- tromagnétique 5 pour développer une force électromagnétique s'opposant à la force du ressort 56. La force électromagnétique pousse l'arête de l'organe d'obturation 30 contre le siège de soupape 23 coupant ainsi la liaison fluidique entre le premier perçage 27 qui est liaison fluidique entre la chambre de fluide 3 et la conduite de retour 9. Cela permet d'établir la pression dans l'accumulateur haute-pression 1. La pression dans l'accumulateur haute-pression 1 pousse l'organe d'obturation 30 également contre le siège de soupape 23 ce qui réduit la force électromagnétique. La force du ressort 56 est choisie pour per- mettre d'ouvrir l'organe d'obturation 30 contre la pression régnant dans la chambre de fluide 3 lorsque la force électromagnétique de la bobine 55 disparaît, c'est-à-dire lorsque la bobine électromagnétique n'est plus alimentée. Pour réguler la pression, la soupape de régulation de pression 10 sera ouverte ou fermée selon la pression mesurée en fonction du capteur de pression 41. Les pertes dans étranglement, lors du pas- sage du carburant entre l'organe d'obturation 30 et le siège de soupape 23 entraînent un fort échauffement. Pour éviter cet échauffement comme cause de défaut affectant la mesure de pression, le capteur de pression 41 est logé dans un second perçage 29 séparé. Sous l'effet de la pression dans le second perçage 29 qui correspond au moins sensi- blement à la pression dans la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1, la membrane 40 entre l'élément de soupape 22 et le corps de soupape 20 se déforme. Cette déformation est saisie par le capteur de pression 41 pour être transmise à l'unité d'exploitation 50. Le signal de l'unité d'exploitation 50 permet de commander la soupape de régulation de pression 10 par la bobine électromagnétique 55 et ainsi réguler la pression du fluide 5 dans la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression. La figure 2 montre un autre exemple d'une soupape de régulation de pression 10 selon l'invention. Comme le fonctionnement est très largement analogue à celui décrit ci-dessus, seules les différences par rapport au premier exemple de réalisation selon la figure 1 seront détaillées. Le capteur de pression 41 est réalisé sous la forme d'un capteur optique 44 qui détecte de manière optique la déformation de la membrane 40. Le capteur optique 44 a un émetteur qui émet une lumière d'une certaine intensité de signal vers la membrane 40 et un récepteur optique qui reçoit la lumière réfléchie par la membrane 40 et mesure une intensité de signal. La réflexion de la lumière arrivant dans la direction du capteur optique dépend de la déformation de la mem- brane 40. Celle-ci en effet se déforme selon la pression régnant dans le second perçage 29 ou la chambre de fluide 3 de l'accumulateur haute-pression 1. Bien que les deux exemples de réalisation montrent des soupapes de régulation de pression 10 dont l'organe d'obturation 30 est soulevé du siège de soupape 23 en l'absence de courant (il s'agit de soupapes ouvertes en l'absence de courant) par une transformation connue de la bobine électromagnétique 55, du ressort 56 et de l'induit électromagnétique 58 on peut réaliser la soupape de régulation de pression 10 comme soupape fermée en l'absence de courant ; le ressort 56 pousse l'organe d'obturation 30 contre le siège de soupape 23 et lorsque la bobine électromagnétique 55 est alimentée, elle ouvre la soupape de régulation de pression 10 c'est-à-dire qu'elle soulève l'organe d'obturation 30 par rapport au siège de soupape 23.15 NOMENCLATURE DES ELEME1VTS PRINCIPAUX 1 Accumulateur haute-pression 2 Boîtier 3 Chambre à fluide 4 Face frontale du boîtier 6 Filetage 7 Orifice de sortie de l'accumulateur haute-pression 8 Ouverture 9 Conduite de retour 10 Soupape de régulation de pression 14 Chambre 16 Filetage 17 Manchon vissé 18 Ouverture Corps de soupape 22 Elément de soupape 27 Premier perçage 29 Second perçage 20 30 Organe d'obturation 31 Cavité 36 Face frontale 37 Canal 39 Evidement 40 Membrane 41 Capteur de pression 44 Disque circulaire 47 Orifice central 55 Bobine électromagnétique 56 Ressort 57 Guide 58 Induit 61 Filtre -