Brevet FR3061935A1 — publié le 20180720

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un régulateur de pression combiné à une rampe commune d'une installation d'injection haute pression alimentant un moteur thermique, le régulateur compor- tant une soupape électromagnétique à seuil de pression dont l'entrée est reliée à la chambre haute pression de la rampe et la sortie débouche dans une chambre de décharge reliée au retour de liquide, la soupape ayant un corps traversé par un canal dont l'entrée est reliée à la chambre haute pression et la sortie débouche par le siège de soupape dans la chambre de décharge, et un organe d'obturation en forme de bille portée par l'extrémité de la tige solidaire du noyau de l'électroaimant et traversant la cavité. Etat de la technique Un tel régulateur de pression est connu pour des sys- tèmes de rampe commune Diesel. Jusqu'à présent ce type de régulateur a surtout été utilisé comme soupape de décharge pilotée et moins comme régulateur de pression en tant que tel. Aujourd'hui on l'utilise de plus en plus pour réguler de manière stable la pression dans la rampe commune dans une plage pression/débit de plus en plus grande, par exemple pour réchauffer le gazole dans le circuit retour pour éviter le paraffinage du filtre à gazole. Dans ce cas, la stabilité de la pression de la rampe, régu- lée par le régulateur, doit être très poussée car elle est indirectement conditionnée par les normes antipollution. Différentes améliorations constructives pour augmenter la stabilité de la pression régulée par le régulateur sont décrites dans les documents DE 10 2007 013 525 et DE 10 2013 222 483 de la demanderesse. De plus, l'augmentation de la pression dans la rampe commune des systèmes de la dernière génération fonctionnant à des pressions de 2500-2700, voire 3000 bar conduit à miniaturiser de plus en plus la géométrie du corps de soupape. La géométrie fine de cette pièce a une influence importante sur l'écoulement du fluide qui se décharge de la haute pression vers le retour par le siège du corps de sou- pape. Un changement même minime des lignes de courant en aval de la 3061935 2 section de passage du siège du corps de soupape influence directement la force hydraulique résultante, appliquée à l'ensemble bille/tige et donc à l'équilibre des forces : la force hydraulique qui ouvre en poussant sur l'ensemble bille/tige et la force magnétique de l'électroaimant qui s'y 5 oppose. La pression de rampe, régulée, peut ainsi être directement in- fluencée. Tout particulièrement, les zones de recirculation formées de tourbillons peuvent apparaître et qui sont eux-mêmes très dépendants de la pression moyenne en aval du circuit de retour et par conséquence cela constitue une source potentielle de fluctuations de l'effort hydrau- 10 ligue total exercé sur l'ensemble tige/bille. Des simulations hydrauliques ont montré que l'on pou- vait avoir différents types d'écoulements en sortie de soupape pour une plage de débit/pression élevés. Ces types d'écoulements sont fonction de la répartition de 15 la pression avale autour de l'ensemble bille/tige faisant varier la force résultante et générant des effets de non linéarité de la force hydraulique. Cette non linéarité engendre des instabilités de pression de la rampe régulée. Le document DE 10 2012 111106 décrit et représente un 20 régulateur électromagnétique de pression dont le siège de soupape 11 qui coopère avec l'organe d'obturation 12 est muni d'aubes fixes 18a,b,c,d de forme très complexe qui prolongent radialement le siège de soupape dans la chambre de décharge. Cette forme très complexe du siège de soupape et de son prolongement est destinée à améliorer 25 l'écoulement en diminuant les turbulences du siège de soupape, lui- même évasé suivant une section courbe. L'extrémité de la tige de l'électroaimant porte la bille formant l'obturateur. Elle est guidée par les bords des aubes fixes, côté axial intérieur. Mais cette solution serait trop coûteuse à industrialiser à cause de la complexité de sa géométrie 30 et ne conviendrait pas pour des applications à l'automobile. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un régu- lateur de pression permettant d'avoir une stabilité supplémentaire dans une plage de fonctionnement pression/débit et cela avec des moyens 35 réduits, économiques, compatibles avec la destination de ce régulateur. 3061935 3 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un régulateur de pres- sion du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le siège de soupape est couvert par un élément brise-jet, formant une chambre de régula- 5 tion avec le siège de soupape, cet élément brise-jet étant traversé par au moins un passage reliant la chambre de régulation et la chambre de décharge reliée à la sortie de liquide de décharge pour orienter les lignes de courant de liquide à travers le passage et créer une pression de stabilisation du flux dans la chambre de régulation. 10 La section du passage entre la chambre de régulation et la chambre de décharge en sortie génère une perte de charge pour créer une pression à l'intérieur de la chambre de régulation. Cette pression est stabilisée grâce à cet organe brise-jet qui redresse le flux hydraulique directement en aval de l'écoulement proche de l'ensemble 15 bille/tige et diminue considérablement les effets des fluctuations du flux hydraulique. Il en résulte une amélioration importante de la stabilité dans une plage de fonctionnement pression/débit plus importante encore que celle actuelle. La forme de l'organe brise-jet est avantageusement très 20 simple, adaptable par la cale d'épaisseur selon les différentes structures du corps de régulateur pour l'adaptation à l'entrefer selon chaque cas/ application. L'invention simplifie considérablement la réalisation d'un régulateur de pression répondant à différents paramètres de fonction- 25 nement. Ainsi, les régulateurs de pression de différentes séries selon les applications seront réalisés avec des organes brise-jet correspondant à chaque application. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'organe brise-jet couvrant le siège de soupape est une plaque appliquée contre 30 la face du corps de soupape autour du siège de soupape, cette plaque étant munie d'un évidement formant la chambre de régulation reliée à la chambre de décharge par au moins un passage. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément brise-jet est traversé par la tige de l'électroaimant portant l'organe 3061935 4 d'obturation de la soupape laissant un passage libre pour le liquide de décharge. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'élément brise-jet comporte un orifice traversé par la tige de l'électroaimant por- 5 tant l'organe d'obturation et par au moins un autre orifice reliant ainsi la chambre de régulation à la chambre de décharge. La section de passage annulaire définie entre le diamètre extérieur de la tige en position de régulation et le diamètre de l'orifice central de l'élément brise-jet et la section adaptée des éventuels autres 10 orifices crée une perte de charge optimale pour générer une pression à l'intérieur de la chambre de régulation. D'autres orifices en périphérie peuvent être ajoutés pour orienter d'autres lignes de courant du flux de retour et ajuster la perte de charge en fonction de la levée de la tige. Les autres orifices sont avantageusement répartis symétriquement autour 15 de l'axe. La forme de l'organe brise-jet et du contour intérieur du volume, le nombre, la taille et la forme des orifices sont optimisés par une simulation en fonction de la géométrie des autres pièces du corps de soupape et de la tige. 20 L'organe brise-jet est avantageusement une pièce métal- lique. L'invention se rapporte également à la combinaison for- mée d'un régulateur de pression tel que défini ci-dessus et d'une rampe commune d'une installation d'injection haute pression. 25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux modes de réalisation d'un régulateur de pression, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe axiale d'un premier mode de réalisation 30 d'un régulateur de pression selon l'invention, la figure la est une vue en coupe du régulateur de pression présenté face à l'extrémité de la rampe commune sur laquelle il sera installé, la figure lb est une vue à échelle agrandie de l'extrémité avant du 35 régulateur de pression représenté en coupe montrant la soupape 3061935 5 séparée du logement dans lequel elle est installée à l'extrémité du corps du régulateur, la figure 2 est une vue en coupe axiale du second mode de réalisation du régulateur de pression limité à l'extrémité avant du régula- 5 teur de pression. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1 et les vues de détail des figures la, lb, l'invention a pour objet un régulateur de pression 1 muni d'une soupape 2 commandée par un électroaimant 3, ce régulateur étant combiné 10 à une rampe commune 4 d'une installation d'injection de carburant sous haute pression dans un moteur à combustion interne. Seule l'extrémité de la rampe commune 4 recevant le régulateur de pression 1 est représentée. Les composants 1, 2, 3, 4 de l'ensemble ainsi formé ont 15 au moins en partie une symétrie de rotation autour de l'axe XX. Le régulateur de pression 1 règle la haute pression dans la rampe commune 4 sur une pression de consigne en s'ouvrant pour laisser sortir le liquide de décharge de la chambre haute pression 42. Selon les figures 1, la, la rampe commune 4 est formée 20 d'un corps cylindrique 41 d'axe XX, à paroi épaisse, entourant la chambre haute pression 42 dont les sorties sont reliées aux injecteurs haute pression et une entrée reliée à la pompe haute pression du moteur à combustion interne. Le corps 41 comporte un logement 43 débouchant à 25 l'extérieur par une entrée 44 munie d'un taraudage intérieur 441 pour visser le régulateur de pression 1. Le logement 43 forme un épaulement 431 à sa jonction avec l'ouverture de la chambre 42 pour réaliser un appui d'étanchéité pour le régulateur 1. Le logement 43 a également une sortie 45 pour le liquide de la rampe 4 traversant le régulateur 1. 30 La sortie 45 est reliée au réservoir de carburant. Selon les figures la, lb, le régulateur de pression 1 a un corps cylindrique 11 traversé par un perçage axial 12 débouchant, côté rampe commune, dans une cavité 13 recevant la soupape 2, par l'intermédiaire d'une chambre de décharge 14 de diamètre supérieur à 3061935 6 celui du perçage 12 et communiquant par des perçages radiaux 15 avec le retour 45 de la rampe commune 4. A l'autre extrémité, le corps 11 a un logement 16 pour l'électroaimant 3, fermé par un couvercle 161 serti (111) dans le corps 5 et lui-même coiffé par un connecteur 17 relié à l'électroaimant 3 par un câblage non représenté. La soupape 2 se compose d'un corps de soupape 21 en forme de plaque traversée par un canal axial 22 dont l'entrée, côté rampe commune 4, se trouve dans un embout 21 couvert par un filtre 10 23 en forme de capuchon. Le canal 22 débouche dans un siège de sou- pape 24 de forme conique. La face 21a du corps 21 dans laquelle débouche le siège 24 est couverte par une plaque 25 formant une chambre de régulation 251 au-dessus du siège de soupape 24 et munie d'un orifice 252. Cette plaque 25 est en général appuyée contre le fond 15 131 du logement 13 avec interposition d'une cale annulaire 26 laissant l'orifice 252 dégagé. Cette cale 26 permet de compenser les différentes adaptations de soupapes et d'électroaimants pour un même corps 11 de régulateur de pression. La plaque 25 qui constitue un élément brise-jet pour le liquide de décharge sortant de la soupape 2 délimite ainsi la 20 chambre de régulation 251. La soupape 2 a un organe d'obturation 27 en forme de bille portée par l'extrémité conique 321 de la tige 32 de l'électroaimant 3. L'autre côté 2 lb du corps 21 a une arête d'étanchéité 212 25 pour être appliquée contre l'épaulement 431 du logement 43 et réaliser une séparation étanche à la pression de fonctionnement de la rampe commune, de façon que la communication de liquide vers la sortie ne puisse se faire qu'à travers le canal 22 de la soupape 2. L'orifice 252 est traversé par l'extrémité conique 321 de la 30 tige de l'électroaimant tout en laissant un espace circulaire reliant la chambre de régulation 251 avec la chambre de décharge 14. La plaque 25 brise le jet de liquide en sortie du siège de soupape 24 et crée dans cette chambre de régulation 251, une pression intermédiaire entre la haute pression de la rampe commune 4 et la pression de retour dans la 35 chambre de décharge 14 qui est pratiquement égale à la pression 3061935 7 ambiante en libérant le liquide de décharge par l'ouverture de la soupape 2. La surface libre entre l'extrémité conique 321 et l'orifice 252 s'agrandit lorsque la soupape s'ouvre et que l'extrémité 5 conique 321 recule. Le liquide qui s'échappe de la soupape 2 est obliga- toirement dirigé vers l'orifice 252 pour arriver dans la chambre de décharge 14 puis dans les perçages radiaux 15 vers le retour 45. L'électroaimant 3 qui commande la soupape 2 a un noyau 31 portant la tige 32 dont l'extrémité 321, conique, est munie de 10 la bille 27 formant l'organe d'obturation de la soupape 2 comme cela a été décrit ci-dessus. Dans cet exemple de réalisation, le noyau 31 de l'électroaimant 3 est un noyau plat sans que toutefois l'invention ne soit limitée à ce type de noyau d'électroaimant. 15 Le noyau 31 est solidaire de la tige 32 qui coulisse dans le perçage 12, poussée dans la direction F de fermeture de la soupape 2 par l'électroaimant 3 commandé pour régler la haute pression sur la pression de consigne. Comme le flux de liquide doit sortir de la chambre de régulation 251 par le passage laissé libre dans l'orifice 252, il est lui- 20 même stabilisé, c'est-à-dire régularisé, ce qui atténue l'arrivée du li- quide de décharge et amortit les oscillations du jet passant entre le siège 24 et la bille 27. Le noyau 31 est dans le logement 16 couvert par le cou- vercle 161 serti dans le logement 16 par les bords rabattus 111. 25 L'électroaimant a une bobine 33 encastrée dans le corps 11 du régula- teur de pression. Un ressort de rappel 34 s'applique contre la face du noyau 31, tournée vers la rampe, de façon à agir dans le sens de l'ouverture de la soupape 2. Le mouvement de recul du noyau 31 et de la tige 32 est limité par sa venue en appui contre le couvercle 161. 30 Le régulateur de pression 1 est fixé à la rampe 4 par l'intermédiaire d'un écrou 18 entourant librement le corps cylindrique 11 et prenant appui contre un anneau 181 engagé dans une gorge 112 du corps 11. Le filetage extérieur 182 de l'écrou 18 se visse dans le ta- 35 raudage 441 et l'arête d'étanchéité 212 du corps 21 de la soupape vient 3061935 8 s'appuyer de force contre la surface de l'épaulement 431 pour assurer l'étanchéité. Un joint d'étanchéité 19 est en outre prévu dans une gorge 112 pour réaliser l'étanchéité entre la paroi du logement 43 et le 5 corps 11 pour le retour de liquide sortant des perçages radiaux 15 vers le retour 45 intégré dans la rampe commune 4. Dans le régulateur de pression 1, selon l'invention, lors- que la soupape 2 s'ouvre par le recul de la tige 2 et de l'organe d'obturation 27 (direction opposée à la direction de fermeture F), le li- 10 guide de décharge sous haute pression qui arrive de la chambre haute pression 42 à travers le filtre 23 et le canal 22 passe entre la bille 27 et le siège de soupape 24, et arrive dans la chambre de régulation 251 dans laquelle le liquide s'accumule et amortit son mouvement pour être ainsi orienté de force dans l'orifice 252 et traverser la section dégagée 15 par l'extrémité conique 321. Le flux de liquide établit une pression in- termédiaire entre celle de la chambre haute pression 42 et la pression de sortie qui est pratiquement à la pression ambiante. Cette pression intermédiaire régularise le flux sortant dans l'intervalle entre l'orifice 252 et l'extrémité conique 321 de la tige. Cette pression intermédiaire 20 permet de réduire les turbulences à la sortie du siège 24. Le flux de dé- charge est orienté vers l'intervalle ouvert entre la tige 321 et le bord de l'orifice 252. Ce flux de liquide de décharge ainsi redirigé, stabilise le fonctionnement du régulateur 1 et de la rampe commune 4 dont la pression est stabilisée finement sur la pression de consigne. 25 La figure 2 montre un autre mode de réalisation 2a du régulateur de pression 1. Ce mode de réalisation diffère du précédent par l'élément brise-jet 25a muni d'un orifice axial 252a pour l'extrémité 321 de la tige 32 ainsi que d'orifices 252b répartis autour de l'axe pour établir par leurs pertes de charge une pression de chambre de régula- 30 tion 251a stabilisant la pression dans la chambre haute pression 42 de la rampe commune 4. Les orifices 252b sont répartis de préférence avec une symétrie de rotation autour de l'axe XX pour régulariser et répartir le flux de décharge vers la chambre de décharge 14 tout en créant une pression intermédiaire de niveau efficace dans la chambre de régulation 35 251a. Le nombre, les dimensions et la répartition des sections de pas- 3061935 9 sage de flux des différents orifices 251a, 251b se définissent de préférence par des simulations. Les différentes formes de réalisation sont très simples et s'adaptent particulièrement à tout type de régulateurs de pression d'une 5 rampe commune. 3061935 10 NOMENCLATURE 1 Régulateur de pression 11 Corps 5 111 Bord rabattu/sertissage 112 Gorge 113 Gorge 12 Soupape 13 Cavité 10 14 Chambre de décharge 15 Perçage radial 16 Logement 161 Couvercle 162 Bord rabattu/sertissage 15 17 Connecteur 18 Ecrou 181 Anneau 182 Filetage 19 Joint d'étanchéité 20 25 Elément brise-jet/plaque 25a Autre élément brise-jet 251 Chambre de régulation 251a Chambre de régulation 252a Orifice 25 252b Autre orifice 2 Soupape 2a Autre soupape 21 Corps de soupape 21a Face du corps de soupape 30 21b Autre face 211 Embout 22 Canal axial 23 Filtre 24 Siège de soupape 35 26 Cale de réglage 3061935 11 27 Organe d'obturation 3 Electroaimant 31 Noyau 32 Tige 5 321 Extrémité conique 33 Bobine de l'électroaimant 34 Ressort de rappel 4 Rampe commune 41 Corps cylindrique 10 42 Chambre haute pression 43 Logement 431 Epaulement 44 Entrée 441 Taraudage intérieur 15 45 Sortie REVENDICATIONS1°) Régulateur de pression combiné à une rampe commune d'une installation d'injection haute pression alimentant un moteur thermique, le régulateur comportant une soupape électromagnétique à seuil de pression dont l'entrée est reliée à la chambre haute pression de la rampe et la sortie débouche dans une chambre de décharge reliée au retour de liquide, la soupape ayant un corps traversé par un canal dont l'entrée est reliée à la chambre haute pression et la sortie débouche par le siège de soupape dans la chambre de décharge, et un organe d'obturation en forme de bille portée par l'extrémité de la tige solidaire du noyau de l'électroaimant et traversant la cavité, régulateur de pression caractérisé en ce que le siège de soupape (24) est couvert par un élément brise-jet (25, 25a), formant une chambre de régulation (251, 251a), cet élément brise-jet (25, 25a) étant traversé par au moins un orifice (252, 252a, 252b) pour faire communiquer la chambre de régulation et la chambre de décharge (14) pour orienter les lignes de courant de liquide à travers l'orifice (252, 252a, 252b) et créer une pression de stabilisation du flux dans la chambre de régulation (251, 251a). 2°) Régulateur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément brise-jet (25, 25a) couvrant le siège de soupape (24) est une plaque appliquée contre la face (21a) du corps de soupape (21) autour du siège de soupape (24) et munie d'un évidement formant la chambre de régulation (251) reliée à la chambre de décharge (14) par au moins un orifice (252). 3°) Régulateur de pression selon les revendications 1 et/ou 2, caractérisé en ce que l'élément brise-jet (25, 25a) est traversé par la tige (32, 321) de l'électroaimant (3) portant l'organe d'obturation (27) de la soupape. 3061935 13 4°) Régulateur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément brise-jet (25a) comporte un orifice (252a) traversé par la tige 5 de l'électroaimant (32, 321) portant l'organe d'obturation (27) et au moins un autre orifice (252b) reliant la chambre de régulation (251, 251a) à la chambre de décharge (14). 5°) Régulateur de pression selon la revendication 4, 10 caractérisé en ce que l'élément de brise-jet (25a) comporte plusieurs orifices (252b) répartis symétriquement en rotation autour de l'orifice axial (252a) traversé par l'extrémité de la tige (321) portant l'organe d'obturation (27) de la soupape (2). 15