Brevet FR2550278A1 — publié le 19850208

Soupape à commande 1 électro-magnétique, notamment soupape d'injection de carburant " La présente invention concerne une soupape à commande électromagnétique, notanment soupape d'injection de carburant, pour installations d'injection de carburan t de moteurs à combustion interne, avec un noyau et avec une armature magnétique mobile en matériau magnétique actionnant un élément de soupape coopérant avec un siège de 10 soupape fixe, auquel cas une portion d'étanchéité de l'élément de soupape est déplaçable vers l'extérieur pour l'ouverture de la soupape. Il est déjà connu une soupape à commande électromagnétique dans laquelle un pointeau de soupape ouverte vers l'extérieur est supporté dans un alésage de guidage et est actionné, en opposition à un ressort de soupape, en direction de l'ouverture, par une armature magnétique mobile D'une part, le frottement du pointeau de soupape donme lieu à des erreurs d'hystérésis dans sa com20 mande, et, d'autre part, l'électro-aimant nécessite, pour l'actionnement du pointeau, une puissance de commande relativement élevée pour vaincre la force du ressort et il doit, pour cela, être prévu de grandeur de construction importante. En outre, le pointeau est guidé en étant appliqué toujours par un ceté par le ressort de soupape, de telle sorte qu'un jet de carburant irrégulier sort de la 2. soupape d'injection de carburant, ce qui conduit à une moins bonne préparation et une moins bonne répartition du combustible sur les cylindres individuels du moteur à combustion interne. L'invention a pour objet une soupape caractérisée en ce que l'armature est reliée à une partie de liaison de l'élément de soupape, qui fait saillie dans un alésage d'écoulement d'un corps de siège de soupape, l'armature, lors de l'excitation électromagnétique en direction 10 du noyau, est attirée et maintient alors la portion d'étanchéité de l'élément de soupape appliquée, à joint étanche, et centrée, sur le siège de soupape, tandis que, lors de la non excitation du système électro- magnétique, l'armature et l'élément de soupape sont déplaçables en di15 rection de l'ouverture de la soupape, par la force de pression du fluide en écoulement. Cette soupape conforme à l'invention présente l'avantage de ne comporter aucun ressort influençant la position des éléments de la soupape, ni une influence in20 désirable sur la puissance de commande Il en résulte un frottement de déplacement aussi faible que possible et un centrage radial de l'élément de soupape, de sorte qu'elle ne nécessite qu'une faible masse de l'armature mobile et une puissance de commande plus faible de l'électro-aimant. 25 Il en résulte également, une meilleure préparation du carburant injecté et une plus longue durée de service sans incidents de la soupape. L'invention prévoit diverses mesures apportant d'autres caractéristiques et améliorations de la sou30 pape selon l'invention Avantageusement, pour favoriser le centrage radial de l'armature mobile de commande et du pointeau, il est prévu de constituer les surfaces extérieures tournées l'une vers l'autre des p 8 les et de l'armature de surfaces sphériques respectivement concaves et convexes adap35 tées entre elles, de telle sorte que la pièce de pointeau 3. de la soupape soit en position verticale stable lorsque l'armature est appliquée sur les pôles D'une manière particulièrenent avantageuse, la partie de pointeau traverse sans contact le corps de siège de la soupape, et lorsque la pièce d'étanchéité est soulevée du siège, elle est centrée par le fluide en écoulement. Avantaceusement, est prévue, sur l'armature mobile, une surface de butée inclinée qui coopère avec un alésage de butée conique dans le corps de siège de soupape, 10 pour réaliser un centrage radial de l'armature et du pointeau. Il est de même avantageux de prévoir, conformément à l'invention, sur l'armature mobile, une portion de guidage étroite, qui coopère avec adaptation optimale 15 avec l'alésage d'écoulement du carburant, et par laquelle l'armature mobile et le pointeau sont centrés radialement. Il est en outre avantageux de prévoir que, en vue du réglage de la course du pointeau par rapport au siège de soupape, l'armature et le pointeau peuvent 8 tre dé20 placés axialement ou déformables plastiquement l'un par rapport à l'autre. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après et représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'une soupape conforme à l'invention, la figure 2 montre un deuxième exemple de réalisation, la figure 3 montre un troisième exemple de 30 réalisation. La figure 1 représente, à titre d'exemple, dans une vue partielle en élévation, une soupape d'injection de carburant, qui est actionnée de manière connue, électro-magnétiquement, par l'excitation d'une bobine d'ai35 mant, non représentée, et qui est utilisée, par exemple, 4. comme partie d'une installation d'injection de carburant, pour l'injection de ce carburant, notamment à faible pression, dans le tuyau d'aspiration d'air de moteurs à combustion interne, à compression de mélange et allumage exté5 rieur. La soupape d'injection de carburant comprend un pointeau de soupape mobile 2, qui peut être constitué en matériau non magnétique, tel que, par exemple, en laiton, en acier austénétique ou autre Ce pointeau coopère 10 avec un siège de soupape 4 prévu dans un corps de soupape en matériau non magnétique Le corps de soupape 5 est inséré dans un carter de soupape 6 En amont du siège de soupape 4, un alésage de sortie 8 est prévu dans le corps de soupape 5 Un appendice de liaison 9 du corps de poin15 teau 2 est engagé dans cet alésage 8 Du côté qui est éloigné de son extrémité d'étanchéité 3, l'appendice de liaison 9 de la pièce de pointeau 2, est relié rigidement à une armature mobile 10 en matériau magnétique, en forme, par exemple de plaque circulaire bombée 10 Le circuit magnétique 20 est formé par les pôles 11 et 11 ', servant de noyau et l'armature mobile 10 Le flux magnétique créé par la bobine d'aimant agit par l'intermédiaire des pôles 11 et 11 '. Entre les pôles 11 et 11 ', une ouverture centrale 12 est prévue à travers laquelle peut s'écouler le carburant en 25 provenance d'une source d'alimentation en carburant, non représentée, par exemple une pompe de déplacement de carburant, dans l'intérieur de la soupape d'injection Dans le cas d'une amenée de carburant et de la bobine d'aimant non excitée, en raison des forces de pression hydrauliques qui 30 agissent sur l'armature et le pointeau, l'armature 10, et ainsi également l'élément de pointeau 2, sont déplacés et éloignés des pôles 11 et 11 ', et l'armature vient s'appliquer, par une surface de contact 13 éloignée des pôles, contre une butée annulaire saillante 14 formée sur le corps 35 de siège de soupape 5 Entre cette butée annulaire 14 et le 5. pourtour de l'appendice de liaison 9, est formée une section annulaire 15, laquelle débouche dans la section d'écoulement 16, par exemple d'étranglement et ainsi de dosage de carburant. Dans la section annulaire 15 débouche au moils une ouverture d'écoulement 17, s'étendant de préférence axialement, qui traverse l'armature 10 et qui, d'autre part, est en communication avec l'espace intérieur 19 de la soupape, ainsi qu'avec l'ouverture centrale 12 pré10 vue entre les p 8 les 11 et 11 ' L'armature d'aimant i O et les p 8 les 11 et 11 ' sont tournés l'un vers l'autre et sont pourvus, de préférence, de surfaces extérieures sphériques adaptées entre elles Par exemple, les poles 11 et 11 sont pourvus d'une surface extérieure concave 20, qui s'étend sur chacun des poles et l'armature 10 est pourvue d'unae suface extérieure convexe 21 orientée en direction de la surface extérieure 20 des poles 11 et 11 ' Grace à ces surfaces extérieures adaptées entre elles 20 et 21, il est produit, en raison des forces magnétiques, un centrage ra20 dial de l'armatlre 10 par rapport au siège de soupape 4. Lorsque la bobine d'aimant n'est pas excitée, l'armature 10 et la pièce de pointeau 2 sont déplacées et éloignées des p 8 les 11 et 11 ', sous l'effet des forces de pression du carburant en écoulement, de telle sorte que la partie d'étanchéité 3 est soulevée au-dessus du siège de soupape 4 et ouverte vers l'extérieur, de sorte que le carburant peut S 8 éeouler à partir de l'ouverture de passage centrale 12, c'est-à-dire de l'espace intérieur 19, à travers les ouvertures d'écoulement 1-7, vers la section annu30 laire 15, et, de là, vers lextérieur, à travers la section décolulement 16 et le siège de soupape 4 Il se produit ainsi, sous l'effet des forces hydrauliques radiales qui agissent dans la section d'écoulement 16 sur la pièce de liaison 9, un centrage radial de l'élément de soupape 2, de 35 telle sorte que le pointeau est guidé, sans contact avec 6. la paroi et ainsi sans frottement, dans l'alésage d'écoulement 8, par le courant d'écoulement, et vient reposer, en position centrée, sur la butée 13. A travers le siège de soupape 4, sort alors un film de carburant, de même épaisseur circulaire Ce film s'écoule, entre la surface extérieure de la pièce de pointeau d'étanchéité 3, constituée par exemple en forme hémisphérique ou autre forme sphérique analogue, et un orifice d'injection 23 qui se raccorde en direction de l'écou10 lement, au siège de soupape 4 prévu dans le corps de soupape 5, avec un diamètre extérieur s'élargissant sur la surface extérieure de la pièce de pointeau, vers l'extérieur. Ce film se trouve mélangé avec l'air environnant qui, après dispersion de sa forme conique, lors de l'atteinte 15 de la surface d'extrémité 24 à bords aigus de la pièce de pointeau 3, se mélange également à partir de l'intérieur avec le carburant. La course H de soulèvement de l'élément de soupape par rapport au siège de soupape 4 peut, d'une part, 20 être réglée par une conformation appropriée de la surface frontale 26 de la butée annulaire 14, par laquelle cette surface est usinée ou conformée de la manière désirée D'autre part, cette course de soulèvement peut 8 tre réglée du fait que l'armature 10 et la partie de soupape 2 peuvent 25 coulisser axialement l'une par rapport à l'autre L'armature 10 et la pièce de soupape 2 peuvent être immobilisées en position, d'une manière appropriée, par soudage à l'étain ou à fusion. Grâce à l'absence d'un ressort de soupape 30 chargeant l'élément de soupape 2 en position de fermeture et à l'absence d'un frottement de déplacement pour le pointeau, les forces magnétiques nécessaires pour la fermeture de la soupape d'injection de carburant sont très réduites, de telle sorte que l'armature 10 peut être constituée avec 35 une faible masse et que la puissance nécessaire pour la 7. coruande de la bobine magnétique est faible Il en résulte une soupape de faibles dimensions de construction et de grande légèreté, qui fonctionne rapidement et de ranière satisfaisante, tout en étant peu conteuse, avec des guida5 ges sans frottement, ni usure Les faibles masses d'inertie de l'élément de soupape 2 et de l'armature mobile 10 assurent une longue durée de service exempte d'incidents de la soupape d'injection de carburant en raison des faibles charges pour des modifications de déplacement sur le siège 10 de soupape 4 et la butée annulaire 14. Dans le deuxième exemple de réalisation d'une soupape conforme à l'invention, suivant la figure 2, les pièces identiques ou de fonction identique à celles de la figure 1 sont désignées par les mêmes chiffres de réfé15 rence Comme dans le premier exemple de la figure 1, il est prévu, dans cet exemple suivant la figure 2, dans le corps de siège de soupape 5, un alésage d'écoulement 8 qui, à partir de la pièce de liaison 9, traverse l'élément de soupape 2 Entre la pièce de liaison 9 et cet alésage d'écou20 lement 8, est également constituée une section d'écoulement 16 qui agit comme étranglement et peut ainsi servir de section de dosage L'armature 10 présente, en direction de l'élément de soupape 2, un tourillon 30 qui repose, dans le domaine de la section annulaire 15, sur l'extrémité de l'élément de soupape 2 et peut être soudé à celui-ci à l'étain ou par fusion Sur l'armature 10 est formée une surface de butée 13, inclinée, en s'éloignant des p 8 les 11 et 11 ', suivant un angle C(, à laquelle correspond, en face, sur le corps de siège de soupape 5, 30 un perçage de butée adapté, conique, 32, qui se prolonge dans l'alésage d'écoulement 8 L'angle de butée D tourillon 30. Dans le troisième exemple de réalisation, 15 suivant la figure 3, les mêmes références qu'aux figures 1 et 2 sont conservées Dans cet exemple, l'appendice ou tourillon 30 de l'armature 10 s'avance dana un perçage de fixation 34 de l'élément de soupape 2, de préférence jusqu'à sa surface d'extrémité, o il est soudé en 35 à l'élé20 ment de soupape 2 La course de soulèvement de soupape H peut alors être réglée de la manière désirée par une affectation axiale appropriée entre armature 10 et l'élément de soupape 2 La surface de butée plane 13 de l'armature , lorsque la pointeau d'étanchéité 3 est soulevé au25 dessus du siège de soupape 4, vient s'appliquer contre le corps de siège 5 Le centrage radial entre l'armature et l'élément de soupape 2 est assuré, dans cet exemple, par une portion cylindrique étroite de guidage 36 de l'armature 10, qui s'engage étroitement dans l'alésage d'écou30 lement 8. Dans les exemples de réalisation suivant les figures 2 et 3, peut également être obtenu un centrage radial supplémentaire par le fluide qui circule dans la section d'écoulement 16 Grâce à l'absence d'un ressort de soupape chargeant l'élément de soupape 2 en direction de la 9. fermeture, et gr Ace au frottement minimal sur l'élément de soupape, les forces magnétiques nécessaires pour la fermeture de la soupape d'injection de carburant sont très réduites, de telle sorte que l'armature 10 peut être cons5 -titu e avec une faible masse d'inertie, et que la puissance nécessaire pour la commande de la bobine magnétique est faible Il en résulte une soupape de faibles dimensions de construction et de grande légèreté, qui fonctionne rapidement et de manière fiable, et qui est économique grâce 10 à une mesure de frottement aussi faible que possible. 10. REVEND I C A T I O N S 1. Soupape à commande électro-magnétique, notamment soupape d'injection de carburant pour installations d'injection de carburant de moteurs à combustion in5 terne, avec un noyau et avec une armature magnétique mobile en matériau magnétique actionnant un élément de soupape coopérant avec un siège de soupape fixe, auquel cas une portion d'étanchéité de l'élément de soupape est déplaçable vers l'extérieur pour l'ouverture de la soupape, sou10 pape caractérisée en ce que l'armature ( 10) est reliée à une partie de liaison ( 9) de l'élément de soupape ( 2) qui fait saillie dans un alésage d'écoulement ( 8) d'un corps de siège de soupape ( 5), l'armature, lors de l'excitation électromagnétique en direction du noyau ( 11, 11 '), 15 est attirée et maintient alors la portion d'étanchéité ( 3) de l'élément de soupape ( 2) appliquée, à joint étanche, et centrée, sur le siège de soupape ( 4), tandis que, lors de la non excitation du système électromagnétique, l'armature ( 10) et l'élément de soupape ( 2) sont déplaçables en direction de l'ouverture de la soupape, par la force de pression du fluide en écoulement. 2. Soupape suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la portion de liaison ( 9) de l'élément de soupape ( 2) traverse l'alésage d'écoulement ( 8) du corps de siège de soupape ( 5) sans contacts et elle se trouve radialement centrée par le fluide, lorsque la portion d'étanchéité ( 3) de l'élément de soupape ( 2) est soulevée au-dessus du siège de soupape ( 4). 3. Soupape suivant la revendication 1, ca30 ractérisée en ce que l'armature ( 10) présente, opposée au noyau ( 11, 11 '), une surface de butée ( 13) inclinée suivant un angle ci qui, pour le centrage radial de l'arnature ( 10) et de l'élément de soupape ( 2), coopère avec un perçage de butée conique ( 32) adapté, se prolongeant 35 dans l'alésage d'écoulement ( 8) du corps de siège de 1 i 1 soupape ( 3) 4. Soupape suiveant la revendication 1, caractérisée en ce que sur l'armature ( 10), est formée une portion de guidage étroite cylirndrique ( 36) qui s'avance, 5 à adaptation serrée dans l'alésage d'écoulement ( 8) pour le centrage de l'armature ( 10) et de l'élément de soupape ( 2) dans l'alésage d'écoulement ( 8). 5. Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'armature ( 10) présente un appendi10 ce ou tourillon ( 30) qui s'avance dans un perçage de fixation ( 34) de l'élément de soupape ( 2) auquel il est fixé par soudage 6. Soupape suivant l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que, en amont 15 du siège de soupape ( 4), est prévue, dans le corps de siège de soupape ( 5), une ouverture de sortie d'injection ( 23) de diamètre élargi, qui forme, au moins en partie, avec la portion d'étanchéité ( 3) de l'élément de soupape ( 2), une fente annulaire ( 22). 7 Soupape suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'armature ( 10) présente une surface extérieure sphérique d'adaptation, tournée vers le noyau ( 11, 1 l '). 8. Soupape suivant la revendication 7, ca25 ractérisée en ce que le noyau ( 11 11 ') présente une surface concave ( 20) tournée vers l'arnature ( 10) et l'armature présente une surface convexe adaptée ( 21) tournée vers le noyau ( 11, 11 '). 9. Soupape suivant l'une quelconque des re30 vendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'armature ( 10) lorsque la soupape est ouverte, s'applique contre une butée ( 14, 32) qui est déformable en vue du réglage de la course de soupape (H) par rapport au siège de soupape ( 4). 10. Soupape suivant l'une quelconque des re35 vendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'armature ( 10) 12. et l'élé eent de soupape ( 2) sont dé-laçables axialement l'un par rarp-ort l'autre, pour un réglage de la course (E) de soulèvement de l'61 éément de soupape ( 2) par rapport au siège de soupape ( 4).