FR3029591B1

FR3029591B1 - Soupape electromagnetique de regulation et/ou de limitation de pression

Info

Publication number: FR3029591B1
Application number: FR1561709A
Authority: FR
Inventors: Werner Striegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: DE102014224693A1; FR3029591A1

Abstract

Soupape électromagnétique de régulation de pression et/ou de limitation de pression ayant un piston (1) coopérant avec un premier siège de soupape (3), coulissant dans un corps de soupape (2), et une bague (5) coopérant avec un second siège de soupape (7), précontrainte axialement par un ressort (6) contre le piston (1) en direction du second siège de soupape (7). Une bobine électromagnétique (8) annulaire agit sur un induit (9) relié au piston (1) contre la force du ressort (6) en direction du premier siège de soupape (3) de façon à relier l'entrée (10) et la sortie (11) par un premier chemin de passage par le premier et le second siège de soupape (3, 7).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à une soupape électromagnétique de régulation et/ou de limitation de pression servant notamment à réguler et/ou à limiter la pression dans un accumulateur haute-pression d’un système d’injection de carburant, de préférence d’un système d’injection à rampe commune.

Etat de la technique

Selon l’état de la technique, pour réguler la pression dans un accumulateur haute-pression d’un système d’injection de carburant, on connaît, fondamentalement deux types de soupape électromagnétique, à savoir celles qui sont ouvertes en l’absence de courant et celles qui sont fermées en l’absence de courant.

Les soupapes électromagnétiques ouvertes en l’absence de courant ont l’avantage qu’en cas de défaut, par exemple de commande défectueuse de l’électroaimant ou en cas de défaut d’alimentation en tension, on aura une diminution totale de la pression d’un accumulateur haute-pression. Cela garantit que la pression d’un accumulateur haute-pression ne dépassera pas la valeur maximale autorisée. Mais l’inconvénient est de ne pas maintenir une pression minimale du fait de la diminution totale de la pression et qui assurerait le fonctionnement de secours.

Les soupapes électromagnétiques fermées en l’absence de courant permettent certes, le fonctionnement de secours même en cas de défaut car la force d’un ressort maintien la soupape fermée si bien que la diminution de pression n’est pas totale.

Le document DE 10 2007 062 176 Al décrit une soupape de régulation de pression dans un accumulateur de carburant haute-pression d’un moteur à combustion interne sous la forme d’une soupape fermée en cas de coupure de courant. En effet, elle a un piston sollicité contre la pression dans l’accumulateur haute-pression par la force d’un ressort vers la position de fermeture. Cette soupape de régulation de pression comporte également une installation électromagnétique commandée dont la force agit contre la force du ressort sur le piston. De plus, il est prévu une seconde installation électromagnétique dont la force est orientée comme la force développée par le ressort. Cette seconde installation électromagnétique a pour but de permettre d’utiliser des ressorts moins forts car la soupape s’ouvre avant que la pression maximale autorisée ne soit dépassée dans l’accumulateur haute-pression. La soupape de régulation de pression assure ainsi non seulement la fonction de régulation de pression, mais également la fonction de limitation de pression.

But de l’invention

Partant de l’état de la technique présenté ci-dessus, la présente invention a pour but de développer une soupape électromagnétique pour réguler et/ou limiter la pression, qui soit de construction simple et économique. En particulier, l’invention a pour but de développer une soupape électromagnétique combinant les avantages d’une soupape ouverte en cas de coupure de courant et d’une soupape fermée en cas de coupure de courant et cela dans une même soupape sans nécessiter d’installation magnétique supplémentaire.

Exposé et avantages de l’invention A cet effet, l’invention a pour objet une soupape électromagnétique de régulation et/ou de limitation de pression ayant un piston coopérant avec un premier siège de soupape, ce piston étant logé de façon à coulisser axialement dans un corps de soupape et une bague coopérant avec un second siège de soupape, cette bague étant précontrainte axialement par la force d’un ressort contre le piston en direction du second siège de soupape, et une bobine électromagnétique annulaire pour agir sur un induit relié au piston, cet induit étant déplacé par la force développée par la bobine électromagnétique contre la force du ressort en direction du premier siège de soupape de façon à réaliser une liaison entre l’entrée et la sortie par un premier chemin de passage qui passe par le premier siège de soupape et le second siège de soupape.

En d’autres termes, la soupape électromagnétique de régulation et/ou de limitation de pression a un piston coopérant avec un premier siège de soupape, ce piston coulissant axialement dans le corps de soupape. La soupape électromagnétique a également une bague coopérant avec un second siège de soupape. Cette bague est précontrainte par la force d’un ressort contre le piston en direction du second siège de soupape suivant la direction axiale. Il comporte également une bobine électromagnétique de forme annulaire pour agir sur l’induit relié au piston. L’induit est déplacé par la force de la bobine électromagnétique contre la force du ressort en direction du premier siège de soupape pour réaliser la communication entre l’entrée et la sortie en passant par un premier chemin par un premier et un second siège de soupape.

Le piston et la bague forment un organe de piston coopérant avec un siège de soupape et la force du ressort agit dans la direction du second siège de soupape. Pour réaliser la communication entre l’entrée et la sortie en passant par le premier chemin, il faut que les deux sièges de soupape soient dégagés.

Lorsque la bobine électromagnétique est alimentée, l’induit et le piston se déplacent contre la force du ressort en direction du premier siège de soupape. Ils entraînent la bague, ce qui garantit la libération du second siège de soupape. En même temps, la bobine électromagnétique règle la course du piston par rapport au premier siège de soupape, ce qui correspond ainsi à la fonction de régulation de pression.

Lorsque la bobine électromagnétique n’est pas alimentée, le ressort pousse la bague contre le second siège et ferme la soupape. Comme la bague s’appuie contre le piston, elle entraîne celui-ci et ouvre la soupape par le premier siège. Mais comme la bague est appuyée contre le second siège, le premier chemin de passage n’est pas libéré, ce qui permet néanmoins, en cas de défaut, de réaliser la fonction de secours qui n’est assurée dans d’autres cas que par des soupapes fermées lorsque le courant est coupé. L’électrovanne selon l’invention se caractérise par une construction simple et une disposition compacte. Pour assurer la compacité, la bague et/ou le ressort entourent en partie le piston. En variante ou en complément, le piston est en partie entouré par la bobine électromagnétique de forme annulaire.

Pour réaliser en plus de la fonction de régulation de pression, également celle de limitation de pression, il est proposé selon l’invention qu’en fonction de la position axiale du piston, on réalise la communication entre l’entrée et la sortie en passant par le second chemin qui contourne le second siège de soupape. En effet, la fonction de limitation de pression ne s’applique que lorsque la bobine électromagnétique n’est pas alimentée, c’est-à-dire lorsque le chemin passant sur le second siège de soupape est fermé par la bague. Pour réaliser la fonction de limitation de pression, il faut ainsi libérer un second chemin de passage qui ne traverse pas le second siège de soupape.

De façon préférentielle, le piston est logé de manière mobile axialement dans le corps de soupape au-delà de la course de la bague contre la force développée par un autre ressort et au niveau de sa périphérie extérieure, un contour coopère avec l’arête de commande formée dans le corps de soupape. La coopération consiste en ce qu’en fonction de la position axiale du piston par rapport au corps de soupape, un second chemin de passage est libéré qui contourne le second siège de soupape pour faire communiquer l’entrée et la sortie. La force de l’autre ressort permet de prédéfinir la pression de seuil souhaitée.

Pour garantir que la force de l’autre ressort ne sollicite le piston que pour la fonction de limitation de pression, il est proposé selon l’invention de monter le ressort flottant dans la direction axiale. Par exemple une extrémité du ressort est reliée au piston et l’autre extrémité est écartée de la surface de butée et d’appui qui, elle se trouve de préférence côté boîtier.

Le contour qui coopère avec l’arête de commande est notamment la géométrie définissant le canal d’écoulement tel que par exemple une rainure ou une partie meulée. De façon préférentielle, le contour est ainsi réalisé au moins par une rainure côté périphérique ou au moins une partie côté périphérique du corps de soupape.

Suivant une autre caractéristique, pour réaliser le second siège de soupape et/ou l’arête de commande, le corps de soupape a un épaulement de forme annulaire dont le diamètre intérieur est de préférence adapté au diamètre extérieur du piston. L’épaulement réalise de cette façon en même temps le guidage du piston. Le corps de soupape peut être réalisé également en plusieurs parties pour former l’épaulement, ce qui facilite le montage. Les parties du corps de soupape peuvent être serrées les unes contre les autres par un écrou chapeau.

Pour réaliser le second siège de soupape et/ou l’arête de commande, l’épaulement se trouve de préférence entre l’entrée et la sor tie. Pour réaliser le premier chemin de passage, l’épaulement a au moins un orifice traversant réalisé sous la forme d’une rainure dans le côté périphérique intérieur ou comme perçage.

Suivant une autre caractéristique, la bague a au moins un orifice traversant sous la forme d’une rainure côté périphérique intérieur ou extérieur ou comme perçage. En effet, la bague pourra être guidée sur le corps de piston car l’orifice traversant réalisera la communication entre l’entrée et au moins un orifice traversant de l’épaulement. Pour couper la liaison et fermer la soupape lorsque la bague est appliquée contre le second siège de soupape, l’orifice traversant de la bague est de préférence décalé radialement par rapport à l’orifice traversant de l’épaulement.

Pour soutenir le piston, la bague a en outre une collerette annulaire s’étendant radialement vers l’intérieur. La collerette annulaire garantit la transmission de la force du ressort assurant la précontrainte axiale de la bague contre le piston, de façon régulière sur le piston.

Pour réaliser une surface d’appui contre laquelle la bague est précontrainte axialement, le piston est un piston étagé. La partie étagée du piston est couplée mécaniquement à la collerette de la bague si bien que la force du ressort assurant la précontrainte axiale de la bague sollicite également le piston. De façon préférentielle, au moins l’extrémité du piston tournée vers le premier siège de soupape a un diamètre extérieur réduit créant la place pour le montage du ressort.

De façon préférentielle, le piston traverse la bobine électromagnétique de forme annulaire et l’induit relié au piston arrive en appui contre le côté de la bobine électromagnétique tourné vers les sièges de soupape ce qui se traduit par une disposition compacte.

De façon avantageuse, le corps de soupape a un perçage axial servant d’entrée et/ou au moins un perçage radial servant de sortie. L’entrée se fait axialement alors que le volume dégagé par la commande est évacué par un ou plusieurs perçages radiaux. Le ou les perçages radiaux se trouvent sur le côté de l’épaulement qui forme le second siège de soupape et/ou de l’arête de commande du boîtier de soupape tourné vers l’entrée.

Dessin

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’un mode de réalisation d’une soupape électromagnétique de régulation de limitation de pression représentée schématiquement dans l’unique figure annexée qui est une vue en coupe schématique longitudinale de cette soupape électromagnétique. Description d’un mode de réalisation

La soupape électromagnétique représentée à la figure se compose d’un corps 2 avec une chambre de soupape 18 subdivisée par un épaulement 14 en un premier segment 18.1 et un second segment 18.2. Un perçage axial servant d’entrée 10 débouche dans le premier segment 18.1. La sortie 11 est réalisée par un perçage radial débouchant dans le second segment 18.2. Comme l’épaulement 14 sert en même temps au guidage du piston de soupape 1, il sépare l’entrée 10 de la sortie 11. Pour réaliser la communication entre l’entrée 10 et la sortie 11 par un premier chemin de passage, l’épaulement 14 comporte des perçages servant d’orifice traversant 15. Un second chemin de passage est réalisé par le contour périphérique 12 sous la forme d’un meulage du corps de piston 1 coopérant avec une arête de commande 13 réalisée sur l’épaulement 14. Lorsque le piston de soupape 1 se trouve dans une position axiale dans laquelle le contour 12 chevauche l’épaulement 14, il libère le second chemin d’écoulement.

Le piston 1 coopère avec un premier siège de soupape 3 lorsque le piston 1 est appliqué contre le premier siège de soupape 3, la communication entre l’entrée 10 et la sortie 11 est coupée pour le premier chemin de passage et aussi le second chemin de passage. Une bague de soupape 5 s’appuie sur le piston 1. Cette bague coopère avec un second siège de soupape 7 et elle est sollicitée dans la direction du second siège de soupape 7 par la force développée par le ressort 6. Le second siège de soupape 7 est réalisé par l’épaulement 14.

La bague 5 est appuyée contre le piston 1 par une collerette 17 du piston réalisé ici comme piston étagé. L’appui de la bague 5 contre le piston 1 transmet la force du ressort 6 également au piston 1. Pour permettre la communication entre l’entrée 10 et la sortie 11 par le premier chemin de passage, la bague 5 comporte des orifices traversant 16 réalisés sous la forme de rainures longitudinales dans la périphérie intérieure et qui sont décalées radialement par rapport aux orifices de passage 15 de l’épaulement 14.

Le mode de régulation de pression est réalisé à l’aide de la bobine électromagnétique 8 qui, lorsqu’elle est alimentée, génère un champ magnétique dont la force électromagnétique agit sur un induit 9 relié au piston 1 pour déplacer l’induit 9 et le piston 1 y compris la bague 5 vers le premier siège de soupape 3. On réalise ainsi la communication entre l’entrée 10 et la sortie 11 en passant par le premier chemin.

En cas de défaut, c’est-à-dire lorsque la bobine électromagnétique 8 n’est pas alimentée, le ressort 6 pousse la bague 5 contre le second siège de soupape 7. L’appui de la bague 5 contre le piston 1 entraîne celui-ci et ouvre le premier siège de soupape 3. Néanmoins, il n’y a pas encore à ce moment de liaison entre l’entrée 10 et la sortie 11 car la bague 5 qui s’applique contre le second siège de soupape 7 bloque le premier chemin de passage et ne libère (pas encore) le second chemin de passage. Ainsi, la soupape électromagnétique telle que représentée, assure une fonction de secours, analogue à celle d’une soupape fermée lorsque le courant est coupé.

Lorsque la bague 5 s’applique contre le second siège de soupape 7, il n’y a pas de liaison entre l’entrée 10 et la sortie 11 en passant par le premier chemin. De même, on peut réaliser une liaison par le second chemin de passage lorsque la pression de l’entrée 10 dépasse une pression de seuil prédéfinie.

En effet, lorsque la pression à l’entrée 10 dépasse un seuil prédéfini, le piston 1 se soulève de la bague 5 et se déplace en commun avec un autre ressort 4 dont une extrémité est logée dans le piston 1 et qui a une extrémité libre, en direction d’une surface de butée ou d’appui 19 jusqu’à ce que l’extrémité libre du ressort 4 arrive en contact avec la surface de butée et d’appui 19. Le contour 12 à la périphérie du piston 1 a la forme d’une partie meulée, si bien que lorsqu’elle chevauche l’épaulement 14 du corps 2, l’entrée 10 peut communiquer avec la sortie 11 par le second chemin de passage. Cela permet de réduire la pression de façon analogue à une soupape ouverte en cas de coupure de courant et en même temps le premier chemin de passage est fermé. Ainsi, le ressort 4 réalise une fonction de limitation de pression.

Comme le ressort 4 est flottant dans la direction axiale, il sert uniquement à réaliser la fonction de limitation de pression. En effet, en mode de régulation de pression de l’électrovanne, le piston 1 n’est pas sollicité par le ressort 4. Cela signifie que cet autre ressort 4 n’a pas d’influence sur la fonction de régulation de pression assurée par la soupape électromagnétique.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Piston 2 Corps de soupape 3 Premier siège de soupape 4 Ressort 5 Bague 6 Ressort 7 Second siège de soupape 8 Bobine électromagnétique 9 Induit 10 Entrée 11 Sortie 12 Contour 13 Arête de commande 14 Epaulement 15 Orifice de passage 17 Collerette du piston 18 Chambre de soupape 18.1 Premier segment 18.2 Second segment 19 Surface de butée et d’appui

Claims

REVENDICATIONS 1°) Soupape électromagnétique de régulation et/ou de limitation de pression ayant un piston (1) coopérant avec un premier siège de soupape (3), ce piston étant logé de façon à coulisser axialement dans un corps de soupape (2), et une bague (5) coopérant avec un second siège de soupape (7), cette bague étant précontrainte axialement par la force d’un ressort (6) contre le piston (1) en direction du second siège de soupape (7), et une bobine électromagnétique (8) annulaire pour agir sur un induit (9) relié au piston (1), cet induit étant déplacé par la force développée par la bobine électromagnétique (8) contre la force du ressort (6) en direction du premier siège de soupape (3) de façon à réaliser une liaison entre l’entrée (10) et la sortie (11) par un premier chemin de passage qui passe par le premier siège de soupape (3) et le second siège de soupape (7).
2°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’ en fonction de la position axiale du piston (1), la liaison entre l’entrée (10) et la sortie (11) est réalisé par un second chemin de passage qui contourne le second siège (7).
3°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (1) est logé dans le corps de soupape (2), de manière mobile axialement au-delà de la course de la bague (5) contre la force développée par un autre ressort (4) et sa périphérie extérieure a un contour (12) qui coopère avec une arête de commande (13) réalisée dans le corps de soupape (2), le contour (12) étant réalisé de préférence par au moins une ramure, côté périphérie extérieure ou au moins une partie meulée, côté périphérie extérieure.
4°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’ un épaulement annulaire (14) est réalisé dans le corps de soupape (2) et le diamètre intérieur de cet épaulement est de préférence adapté au diamètre extérieur du piston (1), pour former le second siège de soupape (7) et/ou l’arête de commande (13).
5°) Soupape électromagnétique selon la revendication 4, caractérisée en ce que l’épaulement (14) a au moins un orifice de passage (15) pour réaliser le premier chemin de passage, cet orifice étant réalisé sous la forme d’une rainure, côté périphérie intérieure, ou d’un perçage.
6°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague (5) a au moins un orifice traversant (16) sous la forme d’une rainure côté périphérie intérieure ou extérieure ou comme perçage et de préférence, l’orifice de passage (16) est décalé radialement par rapport à l’orifice de passage (15) de l’épaulement (14).
7°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague (5) a une collerette annulaire (17) s’étendant radialement vers l’intérieur pour s’appuyer contre le piston (1).
8°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (1) est un piston étagé pour réaliser une surface d’appui précontrainte axialement contre la bague (5).
9°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (1) traverse la bobine électromagnétique (8) de forme annulaire et l’induit (9) relié au piston (1) vient en appui contre le côté de la bobine électromagnétique (8) tournée vers les sièges de soupape (3, 7).
10°) Soupape électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de soupape (2) a un perçage axial servant d’entrée (10) et/ou au moins un perçage radial servant de sortie (11).