Brevet FR2532006A1 — publié le 19840224

Soupape actionnée électromagnétiquement L'invention concerne une soupape susceptible d'être actionnée électromagnétiquement, notamment soupape d'injection de carburant pour des installations d'injec- tion de carburant de moteurs à combustion interne, avec un boîtier de soupape et un noyau en matériau ferroma- gnétique, et avec une armature actionnant un corps obturateur de soupape coopérant avec un siège de soupape fixe, armature qui, lorsque la bobine magnétique est excitée, est attirée contre une surface de butée. On connaît déjà une soupape électromagnétique dans laquelle l'armature ainsi que les pièces de la soupape servant de surface de butée, sont réalisées en matériau de haute valeur pour garantir une usure aussi réduite que possible De tels matériaux de haute valeur résistant à l'usure ne sont pas seulement coûteux mais ils sont également difficiles à usiner. La soupape conforme à l'invention est caractéri- sée en ce que l'armature et les surfaces de butée sont munies de revêtements de surface résistant à l'usure. Cette soupape présente l'avantage que l'armature et les pièces constituant les surfaces de butée peuvent être réalisées en matériaux bon marché et faciles à usiner. L'invention prévoit d'autres perfectionnements avantageux et d'autres améliorations de la soupape ainsi définie Il est particulièrement avantageux de nickeler les surfaces de butée et l'armature. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation de l'invention représenté de façon simpli- fiée dans la figure annexée. La soupape d'injection de carburant pour une ins- tallation d'injection de carburant, représentée sur le dessin à titre d'exemple, sert par exemple pour l'injec- tion de carburant dans la tubulure d'aspiration de moteurs à combustion interne à compression de mélange et à allumage séparé La référence 1 désigne un boîtier de soupape réalisé par mise en forme sans enlèvement de copeaux, par exemple par emboutissage, roulage, ou un procédé analogue et qui présente une forme ce cuvette avec un fond 2 Dans un alésage de maintien 3 du fond 2, est mise en place de façon étanche, une tubulure pour carburant 4 constituant une tubulure de raccordement, et qui, étant constituée en un matériau ferromagnétique, sert en même temps de noyau interne pour la soupape électromagnétique La tubulure pour carburant 4 s'éten- dant concentriquement a l'axe de-la soupape comporte un alésage intérieur 6 dans lequel est introduite à la presse, une douille de réglage 7 avec un perçage traver- sant 8 L'extrémité de la tubulure pour carburant 4 faisant saillie hors du boîtier 1 de la soupape est en communication avec une source de carburant, par exemple une canalisation de distribution de carburant Dans un espace intérieur 9 du boîtier 1 de la soupape, pénètre l'autre extrémité 10 de la tubulure pour carburant 4 servant de noyau intérieur, et elle porte une structure porteuse isolante 11 qui entoure, au moins partiellement, une bobine magnétique 12 La structure porteuse 11 et la bobine magnétique 12 sont fixées axialement dans un alésage de fixation 16 du fond 2 par l'intermédiaire d'au moins un axe de guidage 14, par rivetage ou bien encliquetage 15 Sur la face frontale 18, opposée au fond 2 du boîtier 1 de la soupape, s'applique un anneau d'en- tretoise 19 auquel se raccorde une membrane de guidage Sur l'autre face de la membrane de guidage 20, vient en prise un épaulement 21 d'un support de buse 22, lequel entoure partiellement le boîtier 1 de la soupape et est serti dans une rainure de maintien 23 du boîtier 1 de la soupape par son extrémité 24, de telle sorte qu'ainsi, un effort axial de bridage est obtenu pour le maintien en position de l'anneau d'entretoise 19 et de la membrane de guidage 20. A l'opposé du boîtier de la soupape 1, lé support de buse 22 comporte un alésage coaxial de réception 25 dans lequel est mis en place un corps de buse 26, fixé par exemple par soudage avec ou sans apport de métal Le corps de buse 26 comporte-un alésage de préparation 28 en forme de trou borgne, dans le fond 30 duquel débouche au moins un perçage de guidage de carburant 29 servant au dosage du carburant Le perçage de guidage de carbu- rant 29 débouche de préférence dans le fond 30 de l'alé- sage de préparation 28 de telle façon qu'il n'en résulte aucun écoulement orienté tangentiellement dans l'alésage de préparation 28, mais que le jet de carburant sorte tout d'abord sans contact avec la paroi du perçage de guidage de carburant 29, et rebondisse ensuite sur la paroi de l'alésage de préparation 28 en étant réparti par l'intermédiaire de-celui- ci sous forme de film pour s'écouler selon la forme approximative d'une parabole vers l'extrémité ouverte de celui-ci et sans échapper. Les perçages 29 de guidage de carburant sont inclinés par rapport à l'axe de la soupape et proviennent d'un espace en forme de calotte 32 ménagédans le corps de buse 26 et en amont duquel un siège de soupape incurvé 33 est prévu dans le corps de buse 26, siège de soupape avec lequel coopère un corps obturateur de soupape 34 revêtant la forme d'une bille Pour obtenir un volume mort aussi réduit que possible, le volume de l'espace en forme de calotte 32 doit être aussi petit que-possible lorsque le corps obturateur 34 s'applique sur le siège de soupape 33. A l'opposé du siège 33, le corps obturateur 34 est relié à une armature plate 35 à laquelle il est par exemple soudé avec ou sans apport de métal Cette armature plate peut être réalisée sous la forme des pièces estampées ou pressées et comporter par exemple une couronne de guidage annulaire 36 saillante qui s'applique sur une zone de guidage annulaire 38 de la membrane de guidage 20 sur la face de cette membrane, opposée au siège de-soupape 33. Des orifices d'écoulement 39 dans l'armature plate 35 et des ajours d'écoulement 40 dans la membrane de guidage 20 permettent au carburant de circuler sans entrave autour de l'armature plate 35 et de la membrane de guidage 20 La membrane de guidage 20, bridée sur le boîtier par sa péri- phérie-sur une zone de bridage 41 entre l'anneau d'entre- toise 19 et l'épaulement 21, comporte une zone de centrage 42 qui entoure une ouverture de centrage 43 à travers laquelle fait saillie et est centrée le corps obturateur mobile de soupape 34. Le bridage sur le bottier de la membrane de gui- dage 20 entre l'anneau d'entretoise 19 et l'épaulement 21 s'effectue dans un plan qui passe autant que possible par le centre du corps obturateur de soupape 34 en forme de sphère lorsque ce corps 34 s'applique sur le siège de soupape 33 Grâce à la zone de guidage 38 de la membrane de guidage 20 venant en prise sur la couronne de guidage 36 de l'armature plate 35, l'armature plate 35 est guidée autant que possible parallèlement à la face frontale 18 du bottier de soupape 1, surface frontale sur laquelle empiète partiellement par sa zone intérieure 4,4, cette armature plate Dans l'alésage intérieur 6 de l'extrémité de la tubulure de guidage 4 s'étendant jusqu'au voisinage de l'armature plate 35 et servant de noyau interne 10, est guidé un ressort de compression 45 qui s'appuie, d'un côté, sur la partie de soupape 34 et, de l'autre côté, sur la douille de réglage 7 et qui tend à solliciter le corps obturateur 34 dans la direction du siège de soupape 33 Entre une face frontale 46 du noyau intérieur 10 tournée vers l'armature plate 35 et une zone d'action, intérieure 47 de l'armature plate 35, est ménagé un petit intervalled'air 54 lorsque, la bobine magnétique étant excitée, l'armature plate vient s'appliquer par sa zone d'action extérieure 44 contre la face frontale 18, jouant le rôle de surface de butée, du boîtier de soupape 34, tandis que, lorsque la bobine magnétique 12 n'est pas excitée, l'armature plate prend une position dans laauelle un intervalle d'air 55 est également ménagé entre la surface de butée 18 et la zone d'action 44 De ce fait, un collage de l'armature plate sur le noyau intérieur 10 est évité La tubulure pour carburant 4 est avantageuse- ment soudée, avec ou sans apport de métal, au fond 2 du bottier le circuit magnétique s'établit, à l'extérieur, par l'intermédiaire du boîtier de soupape 1 et, à l'inté- rieur, par l'intermédiaire de la tubulure pour carburant 4 et se ferme par l'intermédiaire de l'armature plate 35. L'alimentation en courant de la bobine magnéti- que 12 s'effectue par des cosses de contact 48 qui sont partiellement enrobées dans la structure porteuse il constituée en matière plastique et qui font saillie, d'autre part, hors du boîtier 1 à travers les perçages de fixation 16 prévus dans le fond 2 Les cosses de contact 48 ainsi que cela est représenté, peuvent alors être coudées par rapport à l'axe de la soupape Les cosses de contact 48 partiellement enveloppées par les axes de guidage 14 de la structure porteuse 11, sont, pour leur étanchement dans le perçage de fixation 16, entourées d'anneaux d'étanchéité 49 et entourées par injection avec une enveloppe de matière plastique 50 entourant égale- ment au moins partiellement la tubulure pour carburant 4 et-le fond 2, cette enveloppe revêtant au voisinage des extrémités des cosses de contact 48 la forme d'un raccord d'enfichage 51. Le carburant arrivant par l'intermédiaire de la tubulure pour carburant 4 peut, lorsque la bobine magné- tique 12 est parcourue par le courant, et qu'en consé- quence, l'armature plate 35 est attirée, être partielle- ment dosé vers le perçage de guidage de carburant 29 et être évacué par injection par l'intermédiaire de l'alésage de préparation 28. Le noyau intérieur 10, la structure porteuse il et la bobine magnétique 12, ne remplissent pas complète- ment l'espace intérieur 9 du boîtier 1 de la soupape Il peut, en conséquence, être avantageux, avant le montage de la structure porteuse 11 et de la bobine magnétique 12 dans cet espace intérieur 9 de la structure porteuse 11, d'enrober par injection la structure porteuse 11 et la bobine magnétique 12 avec une enveloppe de matière plas- tique 52, qui, après montage, remplit ltespace subsistant entre le noyau interne 10, la structure porteuse Il, la bobine magnétique 12 et le vide libre de l'espace inté- rieur 9 du boîtier de soupape 1 On interdit ainsi un volume mort dans lequel le liquide peut stagner et pro- voquer des corrosions. Dans des soupapes connues de ce type, on utilise, pour le boîtier de soupape 1 et l'armature plate 35, des matériaux de haute valeur résistant à l'ustre pour empêcher que des phénomènes d'usure se produisent aux emplacements de contact sur la surface frontaile 18 et sur la zone d'ac- tion extérieure 44 de l'armature plate 35, phénomènes conduisant a des modifications non souhaitables des carac- téristiques de la soupape De tels matériaux de ha Ute valeur sont, non seulement colteux, mais également très difficiles à usiner. Il est, en conséquence, proposé, conformément à l'invention, de réaliser le boîtier de soupape 1 et l'ar- mature plate 35 en acier à faible teneur en carbone (teneur en carbone inférieure à 0,3 %) et de munir l'arma- ture plate 35 ainsi que les surfaces de butée 18 du bottier de soupape 1, d'un revêtement superficiel résistant à l'usure De ce fait, les dépenses en matériaux pour le boîtier de soupape 1 et l'armature plate 35 sont, d'une part, plus réduites et d'autre part, une possibilité d'usinage plus facile du boîtier de soupape 1 et de l'arma- ture plate 35 sont garanties Ces surfaces résistant à l'usure sur la surface de butée 18 du boîtier de soupape 1 et sur l'armature plate 35 peuvent être obtenues en pré- voyant que les surfaces de butée 18 sont, par exemple, munies d'une couche de nickel 56 et, de préférence, que seulement la zone d'action extérieure 44 de l'armature plate 35 soit munie d'une telle couche de nickel 57 Les couches de nickel 56 et 57 peuvent être déposées par des procédés chimiques connus Les autres parties de l'arma- ture plate 35 peuvent être protégées clé telle façon que le nickel ne se dépose pas sur ces autres parties, grâce à quoi il est également garanti que la partie de soupape 34 puisse être soudée sans difficulté, avec ou sans apport de métal, avec l'armature plate 35 -L'épaisseur de la couche de nickel 56 ou 57 peut alors être choisie de façon telle que, lorsque la bobine magnétique 12 est excitée, donc lorsque les couches de nickel 56, 57 reposent l'une sur l'autre, il s'établisse entre la face frontale 46 du noyau interne 10 et la zone intérieure d'action 47, l'inter- valle d'air souhaité 54. Au lieu des couches de nickel 56 et 57, les surfa- ces de butée-18 et l'armature plate 35 peuvent être égale- ment rendues résistantes à l'usure par nitruration Cela est obtenu, de façon connue, en soumettant ces pièces, à des températures élevées, pendant une durée prolongée,,à de l'azote atomique, de telle sorte que des nitrures très durs se forment sur les surfaces Cette nitruration est alors effectuée, soit dans des gaz, soit dans des bains salins. on R E V E N D I C A T IONS 1 ) Soupape électromagnétique notamment soupape d'injection de carburant pour des installations d'injection de carburant de moteurs à combustion interne, avec un bol- tier de soupape et un noyau en matériau ferromagnétique, et avec un siège de soupape fixe, armature qui, lorsque la bobine magnétique est excitée, est attirée contre une surface de butée, soupape caractérisée en ce que l'armature ( 35) et les surfaces de butée ( 18) sont munies de revête- ments de surface ( 56, 57) résistant à l'usure. 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de butée ( 18) est nickeléeo 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de butée ( 18) est nitruréeo 4 ) Soupape selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que l'armature ( 35) est nickelée. ) Soupape selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le boîtier de soupape ( 1) est réa- lisé en un acier pauvre en carbone, tandis que la surface de butée ( 18) est formée sur le boîtier de soupape ( 1) o 6 ) Soupape selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'armature ( 35) est nickelée uniquement sur une zone d'action ( 44) coopérant avec la surface de butée ( 18). 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de nickel ( 57) sur la zone d'action ( 44) de l'armature ( 35) coopèrant avec la surface de butée ( 18) ainsi que l'épaisseur de la couche de nickel ( 56) sur la surface de butée ( 18) sont choisies de telle façon qu'entre le noyau ( 10-, 46) et la-zone d'action ( 47) tournée vers ce noyau de l'armature ( 35) soit ménagé un intervalle d'air prédétermine.