Brevet FR2515741A1 — publié le 19830506

"Soupape à commande électromagnétique, notamment soupape d'injection de carburant". L'invention a pour objet une soupape à commande électromagnétique, notamment soupape d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne, comportant un carter dans lequel est disposée une bobine électromagné- tique montée sur un noyau en matière ferromagnétique, et une armature plate agissant sur un obturateur de soupape mobile qui coopère avec un siège Il a déjà été proposé d'agencer une soupape à commande électromagnétique avec une armature plate coopérant avec un noyau en coquille Une telle disposition exige cependant une grande dépense de montage et constitue un facteur de dépenses dans une fabrication en série. L'invention a pour but d'éviter cet incon- vénient et concerne à cet effet une soupape du type ci- dessus, caractérisée en ce que l'armature plate présente un domaine d'action extérieur du côté dirigé vers le noyau, ce domaine s'avançant partiellement devant une face frontale du carter de soupape ferromagnétique. Par rapport aux réalisations connues, la soupape conforme à l'invention a pour avantage que la dépense de montage est réduite et qu'on obtient une dimi- nution des dépenses de fabrication en série par une sim- plification de la construction de la soupape, la capacité de fonctionnement de celle-ci demeurant inchangée. Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements de la soupape conforme à l'inven- tion Il est notamment avantageux de prévoir le passage du circuit magnétique par le carter de soupape dont la face frontale sert en même temps de butée pour-l'armature plate. L'invention est expliquée dans la description ci-après avec référence aux dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels: la figure 1 représente une installation d'injection de carburant avec une soupape d'injection de carburant disposée dans la tubulure d'admission d'un moteur à combustion interne; la figure 2 représente une soupape d'in- jection de carburant agencée conformément à l'invention. L'installation d'injection de carburant représentée sur la figure 1 comporte une soupape d'injec- tion de carburant 1 à commande électromagnétique au moyen d'un appareil de commande électronique 2 en fonction de grandeurs de fonctionnement caractéristiques du moteur à combustion interne, telles que, par exemple, la vitesse de rotation 3, le débit massique d'air aspiré 4, la position du papillon d'étranglement 5, la température 6, la composition des gaz d'échappement 7 ainsi que d'autres grandeurs La soupape 1 sert à injecter du carburant par un corps de buse 8, notamment à basse pression, dans la tubulure d'admission d'air 13 de moteurs à combustion- interne à compression de mélange et à allumage commandé. L'injection du carburant par la soupape d'injection de carburant 1 peut alors avoir lieu, simultanément pour tous les cylindres du moteur à combustion interne, dans la tubulure d'admission d'air 11 en amont ou en aval du papillon d'étranglement 10. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les dessins, la soupape d'injection de carburant 1 est montée en amont du papillon d'étranglement 10 dans 2515 ? 41 l'ouverture de guidage 12 d'un corps porteur 13 disposé à l'intérieur de la tubulure d'admission d'air il, coaxia- lement à celle-ci Le corps porteur 13 est assemblé avec la tubulure d'admission d'air il par au moins une paroi de maintien 14, de sorte que ce corps porteur est balayé, au moins partiellement, par l'air aspiré Une griffe ou un couvercle 16 fixent la soupape d'injection de carburant 1 en position axiale dans le corps porteur 13. Pour assurer l'alimentation en carburant de la soupape d'injection de carburant 1, une pompe d'injec- tion de carburant 17, qui peut 9 tre entraînée par un moteur électrique, aspire du carburant dans un réservoir de carburant 19 par une conduite d'aspiration 18 et refoule ce carburant dans une conduite de refoulement de carburant 20 qui débouche dans une chambre de dégazage 22 constituée, par exemple, dans une partie épaissie 23 de la tubulure d'admission d'air Il La conduite de refou-' lement de carburant 20 débouche avantageusement avec une inclinaison ascendante dans la chambre de dégazage 22, mais elle peut aussi déboucher horizontalement dans cette chambre de dégazage 22. A partir de la chambre de dégazage 22; une conduite d'amenée de carburant 25 va à une rainure périphé- rique 26 du corps porteur 13 La conduite d'amenée de carburant 25 est inclinée par rapport à l'axe longitu- dinal 24 de la soupape d'injection de carburant 1 et va en descendant vers cette soupape d'injection de carburant. L'embouchure de la conduite d'amenée de carburant 25 dans la rainure périphérique 26 se trouve donc plus bas que son origine dans la chambre de dégazage 22. A partir de la rainure périphérique 26, le carburant arrive, en traversant des orifices non représentés de la paroi de la soupape d'injection de carburant 1, dans le volume intérieur de cette soupape et est partiallement injecté en passant par le corps de buse 8 Une autre partie du carburant parcourt partiel- lement l'intérieur de la soupape d'injection de carburant et s'écoule vers l'extérieur, par des orifices (non représentés) de la paroi de la soupape, dans une rainure périphérique 27 réalisée dans le corps porteur 13, cette rainure étant séparée de la rainure périphérique 26. Une conduite d'évacuation de carburant 29, inclinée sur l'axe longitudinal 24 de la soupape d'in- jection de carburant 1 part, en montant, de la rainure périphérique 27 La conduite 29 débouche, en son point le plus élevé, dans la chambre de réglage 30 d'une soupape de réglage de pression 31 La conduite d'évacuation de carburant 29 peut s'étendre parallèlement à la conduite d'amenée de carburant 25 et être formée avec celle-ci dans la paroi de maintien 14 Le tracé ascendant de la conduite d'évacuation de carburant 29 garantit une évacuation rapide des bulles de vapeur qui se sont éventuellement formées dans la soupape d'injection de carburant La chambre de dégazage 22 est en liaison par une buse de dégazage 32 avec un emplacement le plus élevé possible de la conduite d'évacuation de carburant 29 ou avec la chambre de réglage 30 Les bulles de vapeur sont ainsi séparées et évacuées du carburant refoulé à une distance de la soupape d'injection de carburant suffisante pour la sécurité La section de la buse de dégazage 32 est choisie, par exemple, pour qu'il s'écoule par cette buse environ 2 % du débit de carburant s'écoulant en retour au réservoir de carburant 19 en passant par la soupape de réglage de pression 31 et dans une conduite de retour 33. La soupape d'injection de carburant 1 représentée sur la figure 2 est guidée en direction radiale dans l'ouverture de guidage 12 du corps porteur 13 par des corps d'appui élastiques 35, 36, 37 d'un tamis de carburant 38 s'étendant en direction axiale en recou- vrant l'embouchure de la conduite d'amenée de carburant 25 et l'embouchure de la conduite d'évacuation de carburant 29 En direction axiale, les corps d'appui 35, 36 limitent la rainure périphérique 27 et les corps d'appui 36, 37 limitent la rainure périphérique 26 Les corps d'appui 35, 36, 37 sont réalisés en une matière élastique telle que, par exemple le caoutchouc ou une matière synthétique Le corps d'appui médian 36 est, notamment, réalisé avec une forme annulaire, de façon telle qu'en s'appuyant sur le pourtour du carter de soupape 40 entre une rainure d'amenée de carburant 41 et une rainure d'évacuation de carburant 42, d'une part, et sur l'ouverture de guidage 12, d'autre part, il assure l'étanchéité de la rainure d'amenée de carburant 41 et de la conduite d'amenée de carburant 25 avec la rainure périphérique 26 par rapport à la rainure 1 S d'évacuation de carburant 42 et à la conduite d'évacuation de carburant 29 avec la rainure périphérique 27. Pour que des bulles de vapeur éventuellement contenues dans le carburant puissent etre évacuées, un conduit de dégazage 44 à étranglement est prévu entre le pourtour du corps d'appui médian 36 et la paroi de l'ou- verture de guidage 12 Le conduit de dégazage 44 permet le passage des bulles de vapeur de la rainure périphé- rique 26 vers la rainure périphérique 27 Ce conduit ne s'étend que sur une longueur limitée du corps d'appui médian 36 Bien que cela ne soit pas représenté, le conduit de dégazage pourrait aussi être constitué dans la paroi de l'ouverture de guidage 12 ou entre le pourtour du carter de soupape 40 et le corps d'appui médian 36 Le carburant qui arrive par la conduite d'amenée de carbu- rant 25 pénètre d'abord dans la rainure périphérique 26 et s'écoule, en passant par une zone de tamisage 45, dans la rainure d'amenée de carburant 41 formée sur le carter de soupape 40 A partir de la rainure d'évacuation de carburant 42, également formée sur le carter de soupape 40, le carburant s'écoule, en passant par une zone de tamisage 46, dans la rainure périphérique 27 et, de là, dans la conduite d'évacuation de carburant 29 Au moyen des zones de tamisage 45, 46, les particules de crasse contenues dans le carburant sont éliminées par filtrage. Le corps d'appui supérieur 35 peut, du côté dirigé vers le carter de soupape 40, être muni d'une saillie d'enclenchement 47 qui, lorsqu'on engage le tamis à carburant 38 sur le carter de soupape 40, s'engage dans une rainure d'enclenchement 48, de telle sorte que la soupape d'injection de carburant 1 peut être introduite dans l'ouverture de guidage 12 du corps porteur 13 conjointement avec le tamis à carburant mis en place. Sur le corps d'appui supérieur 35 peut s'appuyer en direc- tion axiale une bague d'étanchéité 49 disposée entre le carter de soupape 40 et le corps porteur 13, cette bague étant fixée d'autre part par le couvercle 16 La position axiale de la soupape d'injection de carburant 1 est en outre déterminée par l'appui du corps d'appui inférieur 37 sur un épaulement 50 de l'ouverture de guidage 12 Une autre bague d'étanchéité 51 est disposée à proximité du corps d'appui inférieur 37 sur le pourtour de la sou- pape d'injection de carburant 1. Le carter de soupape 40 est réalisé en forme de pot et présente dans son fond 53 un perçage de traver- sée 54 allant de la face frontale extérieure 55 à un perçage intérieur 56 A partir du perçage intérieur 56, au moins un évidement d'évacuation de carburant 57 traverse la paroi du carter de soupape 40 et va à la rainure d'évacuation de carburant 42 et au moins un orifice d'amenée de carburant 58 va à la rainure d'amenée de carburant 41 Sur la face frontale 60 du carter située à l'opposé du fond 53 est appliquée une bague d'écarte- ment 61 à laquelle se raccorde une membrane pilote 62. L'autre c 8 té de la membrane pilote 62 est maintenu par un épaulement 63 appartenant à un porte-buse 64 s'en- gageant partiellement autour du carter de soupape 4 00 ce porte-buse étant fixé dans la rainure d'amenée de carburant 41 par son extrémité rabattue 65, de façon a appliquer une force de serrage axiale pour fixer la bague d'écartement 61 en position ainsi que la membrane pilote 620 A l'opposé du carter de soupape 40, le porte-buse 64 forme un perçage de réception coaxial 66 dans lequel est introduit le corps de buse 8 qui est fixé, par exemple par soudage et brasage. Le corps de buse 8 présente un perçage de préparation 67, réalisé de préférence en forme de tronc de cône, au moins un perçage de conduite de carburant 69 qui assure le dosage de ce carburant, débouchant dans le fond 68 du perçage 67 Le perçage de conduite de carbu- rant 69 débouche dans le fond 68 de façon telle qu 9 il n'y ait aucun écoulement d'arrivée dirigé tangentielloment dans le perçage de préparation 67, le jet de carburant sortant au contraire librement, d'abord sans contact avec la paroi, du perçage de conduite 69 et frappant ensuite la paroi du perçage de préparation 67, pour s'écouler sur celleci et se décoller suivant un film réparti, sensiblement en forme de parabole, vers l'extrémité ouverte 71 Les perçages de conduite de carburant 69 sont inclinés par rapport à l'axe de la soupape et partent d'une chambre 72 en forme de calotte sphérique réalisée dans le corps de buse 8 En amont de cette chambre 72 est réalisé dans le corps de buse 8 un siège de soupape courbe 73 avec lequel coopère un obturateur de soupape 74 constitué avec une forme sphérique Pour que le volume mort soit le plus faible possible, il faut que le volume de la chambre 72 en forme de calotte sphérique soit le plus faible possible lorsque l'obturateur de soupape 74 repose sur le siège de soupape 73. A l'opposé du siège de soupape 73, l'obtu- rateur de soupape 74 est assemblé avec une armature plate 75, par exemple par brasage ou soudains L'armature plate peut être réalisée sous forme d'élément poinçonné ou matricé et présenter, par exemple, une couronne de guidage annulaire 76 qui est en saillie et qui s'applique sur une zone de commande annulaire 77 de la membrane pilote 62, du c 8 té de cette membrane 62 situé à l'opposé du siège de soupape 73 Des orifices de passage 78 prati- qués dans l'armature plate 75 et des évidements d'écou- lement 79 réalisés dans la membrane pilote 62 permettent l'écoulement non gêné du carburant autour de l'armature plate 75 et de la membrane pilote 62 La membrane pilote 62 est encastrée sur son pourtour dans une zone dlencas- trement 81 avec le carter entre la bague d'écartement 61 et l'épaulement 63 Cette membrane 62 présente une zone de centrage 82 entourant une ouverture de centrage 83 à travers laquelle pénètre l'obturateur de soupape mobile 74 qui est ainsi centré en direction radiale L'encas- trement de la membrane pilote 62 solidairement avec le carter entre la bague d'écartement 61 et l'épaulement 63 a lieu dans un plan qui, lorsque l'obturateur 74 est appliqué sur le siège de soupape 73, passe par le centre ou le plus près possible du centre de l'obturateur de soupape sphérique Par la zone de commande 77 de la membrane pilote 62 agissant sur la couronne de guidage 76 de l'armature plate 75, cette armature plate 75 est guidée le plus parallèlement possible à la face frontale 60 du carter de soupape 40, cette face dépassant en partie un domaine d'action extérieur 84 de l'armature. Dans le perçage de passage 54 du fond 53 du carter est inséré un noyau tubulaire 85 s'étendant d'une part, jusqu'à proximité de l'armature plate 75 et, sortant, d'autre part, du carter de soupape en formant un manchon d'extrémité 86 Dans un alésage de montage 87 du noyau 85 est engagé à force ou vissé un élément d'arrêt 88 sur lequel s'appuie un ressort de compression 89 agissant d'autre part sur l'obturateur de soupape 74 et tendant à pousser cet obturateur dans la direction du siège de soupape 73 Dans le perçage intérieur 56 du carter de soupape 40, un corps porteur isolant 92 portant une bobine électromagnétique 91 est disposé sur le noyau 85 Le carburant arrivant par les orifices d'ame- née de carburant 58, sensiblement au niveau du corps porteur 92, s'écoule dans une chambre d'écoulement 93 formée entre la surface latérale extérieure de la bobine électromagnétique 91 ainsi que du corps porteur 92 et le perçage intérieur 56 A partir de la chambre 93, le carburant s'écoule sans effet d'étranglement dans une chambre collectrice 94 entourant le siège de soupape 73 et l'obturateur de soupape 74. A l'opposé de l'armature plate 75, le corps porteur 92 limite, avec le fond 53 du carter, une chambre d'évacuation 95 avec laquelle la chambre d'écoulement 93 est en liaison par l'intermédiaire d'un premier étrangle- ment 96 Le premier étranglement 96 peut avantageusement être constitué par l'intervalle annulaire formé entre le pourtour d'une joue 97 du corps porteur 92 et la paroi du perçage intérieur 56 Le premier étranglement 96 pourrait cependant être aussi réalisé directement dans la paroi du perçage intérieur 56 ou dans la joue 97 e La disposition du premier étranglement 96 présente l'avan- tage que les bulles de vapeur qui s'accumulent dans la chambre d'écoulement 93 peuvent passer directement dans la chambre d'évacuation 95 sans être transportées au préalable dans la chambre collectrice 94 par le carburant qui s'écoule La chambre d'évacuation 95 est en liaison avec les évidements d'évacuation de carburant 57, de sorte que les bulles de vapeur provenant de la chambre d'évacuation 95 sont chassées avec le carburant qui s'écoule en retour dans la conduite d'évacuation de carburant 29. Un second étranglement 98, de forme annu- laire, est constitué entre la surface latérale extérieure d'une partie 99 de l'organe d'arrêt dirigée vers l'arma- ture plate 75 et la paroi de l'alésage de montage 87 du noyau 85, cet étranglement étant également en liaison, par l'intermédiaire d'au moins un perçage radial 101, avec la chambre d'évacuation 95 Les bulles de vapeur qui se trouvent à proximité de l'obturateur de soupape 74 peuvent ainsi être également chassées dans la conduite d'évacuation de carburant 29. Le noyau 85 est avantageusement introduit dans le carter de soupape 40 juste assez pour qu'un faible entrefer existe encore entre sa face frontale 102 dirigée vers l'armature plate 75 lorsque, la bobine électroma- gnétique 91 étant excitée, le domaine d'action extérieur 84 de l'armature plate vient s'appliquer contre la face frontale 60 du carter de soupape 40 Lorsque la bobine électromagnétique 91 n'est pas excitée, l'armature plate prend une position dans laquelle un entrefer est également formé entre la face frontale 60 et le domaine d'action 84. On évite ainsi le collage de l'armature plate sur le noyau. Après le réglage de l'entrefer requis, le noyau 85 est avantageusement assemblé avec le fond 53 du carter par brasage ou soudage Le circuit magnétique passe extérieu- rement par le carter de soupape 40 et intérieurement par le noyau 85 en se refermant par l'armature plate 75. Alors que le noyau 85 et l'armature plate sont constitués en matière à magnétisme doux de valeur élevée, le carter de soupape 40 peut être constitué en une matière plus économique, par exemple en acier de décolletage L'action de force sur l'armature plate 75 a lieu, lorsque la bobine électromagnétique 91 est excitée pour la plus grande partie par l'intermédiaire de noyau 85. Pour accroître l'action de force exercée sur l'armature plate 75 par l'intermédiaire de la face frontale 60 du carter de soupape 40, on pourrait fabriquer ce carter de soupape 40 également en matière à magnétisme doux. L'amenée du courant électrique à la bcbine électromagnétique 91 est assurée au moyen de tiges de con- tact 103 partiellement incorporées par injection dans le corps porteur 92 constitué en matière plastique, ces tiges sortant, d'autre part, du fond 53 du carter à travers des ouvertures de connexion 104 de ce fond 53 Le corps porteur 92 peut alors comporter des saillies de maintien 105 entoue rant respectivement et partiellement chacune des tiges de contact et s'avançant dans 19 ouverture de connexion 104 o elles sont fixées en direction axiale par matage annu- laire à chaud 106 sur un épaulement 107 de l'ouverture de connexion 104 Pour assurer l'étanchéité, une bague d'étan- chéité 108 est disposée dans l'ouverture de connexion 104 en entourant la tige de contact 103, une douille 109 étant ensuite disposée sur la bague Pour obtenir des connexions à fiches normalisées, une douille de contact 111 est engagée sur chaque tige de contact 103 sortant du carter de sou- pape 40, la douille étant avec la tige par soudage ou brasage On peut ainsi avoir des tiges de contact 103 de faible diamètre, ce qui conduits à des ouvertures de con- nexion 104 plus petites dont l'étanchéité est plus facile à assurer Les douilles de contact 111 et le manchon d'ex- trémité 86 peuvent ensuite être partiellement enrobées de matière plastique 112 en ménageant deux perçages 113 dans l'enrobage en matière plastique 112 en face du manchon d'extrémité 86 Ces perçages permettent d'agir avec un outil pour pincer le manchon d'extrémité en direction radiale après que l'organe d'arrêt 88 a été enfoncé dans l'alésage de montage 87 jusqu'à ce que la force de précon- trainte désirée du ressort de compression 89 soit obtenue. On fixe ainsi la quantité d'injection dynamique du carbu- rant. Un téton 114 de l'enrobage en matière plastique 112 peut servir, par exemple, à enclencher une fiche électriqte non représertées, pour úacco cder les douilles de contact 111 à l'appareil de commande électro- nique 2 Sur l'enrobage en matière plastique 112, on peut engager une plaque en matière plastique 115 reposant sur la face frontale 55 du fond 53 du carter et s'enclenchant sur l'enrobage en matière plastique 112 qui comporte pour cela un téton d'enclenchement 116 La plaque en matière plastique sert à caractériser le type de la soupape d'in- jection de carburant, une coloration différente de cette plaque pouvant être utilisée pour cela; on peut également reporter des données déterminées sur la surface de la plaque en matière plastique Pour permettre le réglage du débit statique, le porte-buse 64 peut comporter une zone déformable 117, cette zone pouvant se déformer plasti- quement dans la direction axiale de la soupape On peut ainsi déplacer plus ou moins le corps de buse 8 avec le siège de soupape 73 en direction du siège de soupape 74. La soupape d'injection décrite et repré- sentée a pour avantage d'être de construction compacte et d'être agencée économiquement Le guidage du champ magné- tique par le carter de soupape 40 et le domaine d'action extérieur 84 de l'armature plate 75 permet d'obtenir une action dynamique supplémentaire sur l'armature plate 75. REVENDICATIONS 1) Soupape à commande électromagnétique, notamment soupape d'injection de carburant ( 1) pour moteurs à combustion interne, comportant un carter ( 40) dans lequel est disposée une bobine électromagnétique ( 91) montée sur un noyau en matière ferromagnétique, et une armature plate ( 75) agissant sur un obturateur de soupape mobile ( 74) qui coopère avec un siège ( 73), caractérisée en ce que l'armature plate ( 75) présente un domaine d'action exté- rieur ( 84) du c 8 té dirigé vers le noyau ( 85)p ce domaine s'avançant partiellement devant une face frontale ( 60) du carter de soupape ferromagnétique ( 40). 2) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un entrefer est formé entre la face frontale ( 60) du carter de soupape ( 40) et l'armature plate ( 75) lorsque la bobine électromagnétique ( 91) n'est pas excitée, le domaine d'action extérieur ( 84) de l'armature plate ( 75) s'appliquant sur la face frontale ( 60) du carter de soupape ( 40), lorsque la bobine électromagnétique ( 91) n'est pas excitée. 3) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un entrefer subsiste entre la face frontale ( 102) du noyau ( 85) et l'armature plate ( 75) lorsque la bobine électromagnétique ( 91) est excitée. 4) Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'armature plate ( 75) est guidée parallèlement à la face frontale ( 60) du carter de soupape ( 40) et à la face frontale ( 102) du noyau par une membrane pilote ( 62) encastrée sur son pour- tour ( 81) solidairement avec le carter. ) Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que la membrane pilote ( 62) guide l'ar- mature plate ( 75) et l'obturateur de soupape ( 74) en direction radiale.