Brevet FR2562631A1 — publié le 19851011

"Soupape de commande pour fluide et appareil de pompage pour injection de carburant la comportant" La présente invention se rapporte à une soUpape de commande pour fluides, comprenant un élément soupape pou- vant glisser dans un alésage, une tête qui fait partie de l'élément soupape, la tête se trouvant à l'une des extré- mités de l'élément soupape dans une première chambre défi- nie à une extrémité de l'alésage, la première chambre, en service, recevant un fluide sous pression, et un siège défini à l'extrémité de l'alésage pour que la tête s'y applique de manière à empêcher l'écoulement du fluide de la première chambre dans une deuxième chambre définie par l'alésage et l'élément soupape en aval du siège. L'élément soupape peut être déplacé, pour prendre la position fermée, par un système de commande, tel qu'un dispositif électro-magnétique par exemple. Dans ce cas, l'élément soupape doit être ramené en position ouverte par un système élastique. La force exercée par le système élastique doit être vaincue par le dispositif électro- magnétique à la fermeture de la soupape en dépit du fait que, à mesure que l'élément soupape se déplace pour se fermer, une force croissante s'exerce sur la tête de l'é- lément soupape qui tend à fermer la soupape, par la pres- sion du fluide. En variante, la soupape peut être main- tenue en position ouverte par le système magnétique mis hors tension pour permettre la fermeture de la soupape, ceci étant réalisé par la pression du fluide qui agit sur la tête de la soupape, même si ce mouvement peut être aidé par des systèmes élastiques. La course du système magnétique doit être au moins équivalente à celle de l'é- lément soupape qui, en position ouverte, ne doit pas gêner de façon sensible l'écoulement du fluide entre la première et la seconde chambres. Il est donc possible que le sys- tème électro-magnétique soit volumineux et exige une puis- sance électrique importante pour sa manoeuvre. Il est possible de commander l'élément soupape par d'autres systèmes, par exemple un système piston actionné par la pression d'un fluide ou même par un dispositif mécanique. La présente invention a pour objet de présenter une soupape de commande pour fluide réalisée sous une forme simple et commode. Conformément à l'invention, la première chambre d'une soupape de commande pour fluide du type précité, est délimitée par une paroi parallèle à l'extrémité de la tête et pouvant s'y appliquer lorsque l'élément sou- pape est en position ouverte, la paroi et l'extrémité, lorsqu'elles sont enclenchées l'une dans l'autre, définis- sant un espace entre elles, fermé par rapport à la pre- mière chambre, avec des moyens pour commander la pression dans l'espace, si bien que, lorsque l'élément soupape est en position ouverte, la pression dans l'espace est infé- rieure à la pression dans la première chambre et, lorsque les moyens sont mis en service, la pression dans l'espace augmente, ce qui amène la tête de soupape en contact avec le siège sous l'action de la pression du fluide dans la première chambre, le passage du fluide dans la deuxième chambre étant rendu impossible. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de cette soupape: Figure 1 montre un exemple de la soupape montée sur une pompe d'injection de carburant destinée à fournir le carburant à un moteur à allumage par compression; Figure 2 représente la soupape de figure 1 dans son autre position; Figures 3 et 4 représentent d'autres formes de réa- lisation de cette soupape; Figure 5 montre encore une autre forme de réalisa- tion de cette soupape; et Figure 6 représente une variante d'exécution de la soupape de figure 5. Le dispositif de pompage du carburant illustré par la figure 1 comprend un piston (10) à effet alternatif à l'intérieur d'un alésage (11). Le piston et l'alésage délimitent une chambre de pompage (12), qui communique avec un gicleur d'injection de carburant (13), conçu pour diriger le carburant dans la chambre de combustion d'un moteur. Le piston (10) a une course fixe et est déplacé vers l'intérieur pour diminuer le volume du carburant pré- sent dans la chambre de pompage (12) sous l'action d'une came entraînée par le moteur à combustion. I1 peut être actionné vers l'extérieur sous l'action d'un ressort spiral comprimé ou par un dispositif de came prévu pour donner ce mouvement. A mesure que le piston s'approche de la posi- tion extrême de sa course, il libère l'orifice (14) ménagé dans la paroi de l'alésage et communiquant avec une alimen- tation (15) de carburant sous pression. Dès que l'orifice (14) est libéré, le carburant provenant de l'alimentation (15) s'écoule dans la chambre de pompage de manière à la remplir entièrement. Pour permettre de réguler le volume de carburant fourni au gicleur d'injection de carburant (13), on a prévu une soupape de commande de carburant, repérée pour l'ensem- ble par (16), tant qu'elle n'est pas fermée, cette soupape permet au carburant provenant de la chambre de pompage (12) de s'écouler dans une conduite de décharge plutôt que d'al- ler sur le gicleur d'injection. A un moment donné, lors du mouvement de rentrée du piston et après obstruction de l'orifice (14), la soupape (16) se trouve fermée et alors le carburant pourra s'écouler sur le gicleur d'in- jection pendant tout le déplacement en mouvement rentrant du piston. La soupape (16) comprend un élément soupape qui peut coulisser à l'intérieur d'un alésage (18) dont l'une des extrémités est en forme de siège (19). Au-delà du siège (19) est définie une premiere chambre (20) qui est raccor- dée, par une canalisation, à la chambre de pompage (12). L'élément soupape est muni d'une tête (22) conformée pour s'adapter sur le siège (19 et ayant aussi une face extré- mité qui peut entrer en contact avec une paroi d'extrémité (21), parallèle à la face extrémité de l'élément soupape. La paroi (21) et la face d'extrémité de l'élément soupape délimitent un espace (23) dont la surface est choisie de telle sorte que, lors du fonctionnement comme il est indi- qué plus loin, la tête soit maintenue en contact avec la paroi d'extrémité lorsque la pression dans l'espace est au niveau de la pression de la conduite de décharge. L'élément soupape en-dessous de la tête est d'un diamètre réduit pour délimiter, avec les parois de l'alé- sage (19), une deuxième chambre (24) mise en communication avec une conduite de décharge au moyen d'une soupape anti- retour (25) sous compression par un ressort. L'élément sou- pape est soumis à l'action légère d'un ressort spiral de compression (26) de manière que sa face extrémité bute con- tre la paroi d'extrémité (21). Cela constitue la position "grand ouvert" de l'élément soupape. En variante, l'alésage peut comporter une partie plus vaste ménagée en-dessous du siège, cette partie plus vaste délimitant avec l'élément soupape la deuxième chambre mentionnée ci-dessus. Lorsque l'élément soupape est en position "grand ouvert", l'espace (23) précité communique, au moyen d'une soupape d'isolement (27), avec une conduite de décharge par un étranglement (28), de sorte qu'il règne dans cet espace une pression plus faible que celle de la chambre (20). Pour élever la pression de l'espace (23) au niveau de celle qui règne dans la chambre (20), il est prévu une soupape (29) à commande électromagnétique qui, lorsqu'elle est ouverte, met un point intermédiaire entre l'étrangle- ment (28) et la soupape d'isolement (27) en communication avec la deuxième chambre (24). Considérant maintenant le fonctionnement de la sou- pape et supposant que le piston de la pompe d'injection est en course de remontée, l'orifice (14) ayant été fermé, dans cette situation, les composants étant tels qu'indiqué en figure 1, le carburant qui est chassé de la chambre de pompage s'écoule dans la première chambre (20) et, ensuite, de la première chambre, il s'écoule dans la seconde et dans la conduite de décharge à travers la soupape anti-retour (25). L'action de la soupape anti-retour (25) est de garantir la pression du carburant dans la deuxième chambre. Or, si la soupape (29) est ouverte, le carburant provenant de la deuxième chambre s'écoule et traverse cette soupape jusqu'en un point intermédiaire entre l'étranglement (28) et la soupape d'isolement (27), ce qui a pour résultat d'accroître la pression dans l'espace (23). Dans cette situation, les forces qui agissent sur l'élément soupape (17; sont telles que cet élément commence son mouvement pour prendre la position fermée. On comprendra que, dès que la face extrémité de la tête de l'élément soupape quitte la paroi extrémité (21), la pression du carburant qui règne dans la première chambre agit sur toute la sur- face de la tête de l'élément soupape et cet élément est amené rapidement en position fermée, position dans laquelle la tête (22) s'applique sur le siège (19). Par conséquent, la pression qui règne dans la chambre (20) croit très rapidement au niveau nécessaire à l'ouverture de la soupape dans le gicleur d'injection (13) et, dès qu'il en est ainsi, le moteur est alimenté en carburant. La soupape d'isolement (27), par suite de la pression accrue qui règne dans la chambre (20), reprend sa position de blocage pour empêcher que le carburant ne s'échappe de la chambre de pompage dans l'étranglement (28). La figure 2 représente la situation telle qu'elle est une fois que l'élément soupape s'est déplacé pour être en contact avec le siège et l'on verra que la soupape anti- retour (25) s'est fermée et que la soupape d'isolement (27) est en position d'obstruction. L'élément soupape con- serve cette position jusqu'à ce qu'il soit renversé par l'effet du ressort (26) lorsque la pression du carburant s'abaisse dans la chambre de pompage. Ceci se produit dès que le piston parvient en bout de sa course et commence sa course de retour. La iression tombe dans la chambre (20) et la soupape d'isoleenIt (27) se libère. Une partie du carburant s'écoule dans la chambre de pompage en passant par la soupape d'isolement et l'étranglement, mais le volume principal du carburant s'écoule dans la chambre de pompage en passant par l'orifice (14) lorsqu'il se trouve libéré par le piston. Pendant la course de retour du piston, la soupape (29) est fermée, prête pour le cycle suivant. Selon une modification représentée en traits inter- rompus sur la figure 1, on supprime la soupape (25) et la deuxième chambre (24) est raccordée, par exemple, à l'ali- mentation (15) de carburant. Dans ce cas, par conséquent, le carburant écoulé sera renvoyé à l'alimentation et, de plus, dès que l'élément soupape (17) se déplace pour s'ou- vrir, le carburant peut passer dans la chambre de pompage en empruntant les deuxième et première chambres. Toutefois, l'écoulement de carburant en retour sur l'alimentation basse pression peut donner lieu à des variations non sou- haitées dans la pression du carburant fourni par l'alimen- tation et, par conséquent, une soupape anti-retour (25 A) peut être montée sur la communication entre la deuxième chambre et la source d'alimentation (15), auquel cas le carburant écoulé n'est pas renvoyé à l'alimentation. Dans ce cas, cependant, il faut monter la soupape (25) pour permettre au carburant de s'écouler depuis la chambre de pompage pendant le début du mouvement de rétraction du piston de pompage. La soupape (29) peut être très petite étant donné que le flux de carburant qui la traverse sera très réduit. On peut la polariser au moyen d'un système de ressort sur la position fermée et donc le solénoïde lui correspondant ne sera sous tension que lorsqu'il sera nécessaire de l'ouvrir; il est également possible de disposer la sou- pape de manière qu'il faille que le solénoïde soit alimenté pour que la soupape se ferme. La soupape d'isolement (27) peut être supprimée et l'on se sert du déplacement de l'élément soupape (17) pour empêcher le passage du carburant dans l'étranglement (28). Cette disposition est représentée sur la figure 3 o l'on voit que l'espace (23) communique avec la soupape (29) au moyen d'un canal (30) ménagé dans l'élément soupape. Le canal (30) communique avec une gorge périphérique (31) sur l'élément soupape, gorge qui, pour la position "grand ouvert" de l'élément soupape (17), coïncide avec un ori- fice (32) relié à l'étranglement (28). Par conséquent, dans ce cas, dès que la soupape (29) s'ouvre et que du carburant sous pression s'écoule dans l'espace (23), pro- venant de la deuxième chambre, l'élément soupape commence son mouvement et coupe immédiatement la communication entre la gorge (31) et l'orifice (32). I1 fonctionne donc comme la soupape d'isolement. La figure 4 représente une autre modification encore: dans ce cas, la première chambre (20) communique avec l'espace (23) au moyen d'un étranglement (33) ménagé dans la tete. La soupape qui contrôle la pression de l'es- pace (23) est représentée en (34), et, dans la position ouverte de l'élément soupape (17), la soupape (34) ouvre- sur une conduite de décharge, de sorte que la pression qui règne dans l'espace (23) est substantiellement la même que la pression de décharge. La force prédominante agissant sur l'élément zoupape (17) est par conséquent telle qu'elle maintient la faced'extrémité de l'élément soupape en contact avec la paroi de la chambre. Lorsque la soupape (34) est fermée,!a pression de la première chambre (20) est appliquée par l'étranglement (33) à l'espace (23) et, dans cette position, l'élément soupape est déséquilibrA et il prend rapidement sa position fer- mée. La soupape (34} est du type de soupape qui est fer- c mée sous tension et il faut naturellement qu'elle puisse résister à la pression du carburant à l'intérieur de la ch1ambre de pompage lorsque la soupape (17) est fermée. La surface de l'espace (23) peut être égale à la surface enclose par le siège de soupape (19) ou plus petite que cette surfacne La surface doit être détermi- née en tenant compte de la pression du carburant que l'on peut fournir à l'espace, de la surface effective de 2562631? l'élément soupape et de la force exercée par le ressort de rappel (26). Selon la forme d'exécution représentée sur la figure , la premiere chambre peut être mise en communication avec l'espace (23) au moyen d'une soupape (35). La soupape (35) -comprend une chambre (36) de forme allongée dont les extré- mités opposées comportent des sièges. Le siège, sur l'une des extrémités, entoure un orifice communiquant avec la chambre (20) et le siège de l'autre extrémité définit un orifice communiquant avec une conduite de décharge. L'ex- trémité de la chambre qui est voisine de l'orifice en com- munication avec la première chambre, communique elle-même avec l'espace (23) et, à l'intérieur de la chambre (36), se trouve un élément soupape (37) pouvant glisser et dont les extrémités sont coniques pour permettre un engagement commode avec les sièges précités. L'élément soupape est formé à partir de matériau pouvant être magnétisé, et il constitue l'induit d'un solénoïde. Il y a un jeu limité entre les parois de l'élément soupape et la chambre qui, lorsque l'élément soupape est dans la position représen- tée, fait communiquer l'espace (23) avec la conduite de décharge. Lorsque le solénoïde n'est plus sous tension, l'élément soupape se déplace vers l'autre extrémité de la chambre et, de ce fait, l'espace (23) est mis en communi- cations avec la première chambre ce qui interdit au carbu- rant sous pression de s'écouler vers la conduite de décharge; la soupape (17) est alors fermée comme déjà dit. Selon la modification illustrée par la figure 6, la soupape (38) fonctionne de la même manière que la soupape (35). Cependant, il est fait usage d'un élément soupape (39) type à plaque, logé dans une chambre (40). Les parois opposées de la chambre délimitent des sièges annulaires (41,42) qui entourent des orifices débouchant dans la cham- bre (40). Un élément de commande (43) peut glisser dans l'orifice défini dans le siège (4z); il peut constituer l'induit d'un solénoïde mais, à tout le moins, il est relié à cet induit. L'élément de commande est muni d'un canal axial qui débouche dans le siège (42) par un étran- glement (44). Le canal axial communique avec une conduite de décharge et l'orifice défini dans le siège (41) commu- nique avec la première chambre et la chambre (40) communi- que avec l'espace (23). L'élément soupape à plaque (39) comporte des découpes périphériques, de sorte que, dans la position représentée, l'espace (23) communique avec la conduite de décharge au moyen de l'étranglement (44). Lors- que le solénoïde est mis hors tension, l'élément soupape est déplacé sous l'effet de la pression du carburant et vient en contact avec le siège (42) , ce qui met l'espace (23) en communication avec la première chambre (20) et empêche que le carburant s'écoule dans la conduite de décharge. Le canal pratiqué dans l'élément de commande et l'étranglement (44) peuvent être remplacés par un jeu entre cet élément et la paroi de l'alésage dans lequel il est monté. - REVENDICATIONS - 1.- Soupape de commande de fluide, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément soupape (17) pouvant coulis- ser dans un alésage (18), une tête (22), formant partie de l'élément soupape, étant placée à une extrémité de l'élé- ment soupape (17) dans une première chambre (20) définie à une extrémité de l'alésage (18), cette première chambre (20), lorsqu'elle est en service, recevant du fluide sous pression, un siège (19) défini à l'extrémité précitée de l'alésage (18) sur lequel s'engage la tête (22) pour empê- cher l'écoulement du fluide depuis la première chambre (20) à une seconde chambre (24) définie par l'alésage (18) et l'élément soupape (17) en aval du siège (19), la pre- mière chambre (20) étant limitée par une paroi (21) qui est parallèle à l'extrémité de la tête (22) et contre laquelle la tête peut s'engager lorsque l'élément soupape (17) est en position ouverte, cette paroi (21) et cette extrémité, lorsqu'elles sont engagées l'une contre l'autre, définissant entre elles un espace (23) fermé par rapport à la première chambre (20), et des moyens pour commander la pression dans l'espace (23) par lesquels, pour la posi- tion ouverte de l'élément soupape (17), la pression dans cet espace (23) est inférieure à la pression dans la pre- mière chambre (20) et par lesquels, lorsqu'ils sont action- nés, la pression dans l'espace (23) s'accroit, de sorte que la tête de soupape (22) est amenée en contact avec le siège (19) sous l'effet de la pression du fluide dans la première chambre (20) et le fluide n'a aucune possibilité de s'écouler dans la seconde chambre (24). 2.- Soupape de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande de la pres- sion dans l'espace (23) comprennent une soupape (29) com- mandée par solénoïde, et qui peut être ouverte pour lais- ser pénétrer un fluide sous pression provenant de l'une des chambres (20,24) dans l'espace (23). 3.- Soupape de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de commande de la pres- sion dans l'espace (23) comprennent aussi un étranglement (28) qui, pour la position fermée de la soupape (29) com- mandée par solénoïde, garantit que la pression régnant dans l'espace (23) est inférieure à la pression de la chambre (20). 4.- Soupape de commande selon la revendication 3, caractérisée en ce que la soupape (29) commandée par solé- noïde commande la communication entre l'espace (23) et la deuxième chambre (24). 5.- Soupape de commande selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif permet- tant d'empêcher le fluide de s'écouler par l'étranglement (28) pour la position fermée de l'élément soupape (17)o 6.- Soupape de commande selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif comprend une soupape d'isolement (27) qui se ferme sous l'action du fluide sous pression dans la première chambre (20) lorsque la tête (22) de l'élément soupape (17) quitte la paroi (21) de la première chambre (20). 7.- Soupape de commande selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif comprend un orifice (32) formé dans la paroi de l'alésage (18) dans lequel est monté l'élément soupape (17) et une gorge (31) sur la périphérie de l'élément soupape (17), cet orifice (32) communiquant avec l'étranglement (28) et la gorge (31) communiquant avec l'espace (23), cet orifice (32) et cette gorge {31) étant positionnés de telle sorte qu'ils s'écar- tent l'un de l'autre et ne communiquent plus à-mesure que la tête de soupape (22) s'écarte elle-même de la paroi (21). 8.- Soupape de commande selon la revendication 3, caractérisée ern ce que la soupape (29) commandée par solé- noó5de commande la communication entre l'espace (23) et la première chambre (20). 35.- Soupape de commande selon la revendication 8, caractérisée en ce que la soupape (29) commandée par solénoïde comprend un élément soupape (37) mobile dans une chambre (36), des sièges définis aux extrémités oppo- sées de la chambre (36), l'un des sièges entourant un pre- mier orifice communiquant avec ia-première chambre (20) et l'autre siège entourant un second orifice communiquant avec une conduite de décharge, l'espace (23) communiquant avec la chambre (20) en une position voisine du premier orifice, si bien que, lorsque le solénoïde est sous ten- sion, l'élément soupape (37) s'engage contre le siège qui entoure le premier orifice et l'espace (23) communique avec la conduite de décharge au moyen du second orifice et, lorsque le solénoïde est mis hors tension, l'élément soupape (37) ouvre le premier orifice et ferme le second orifice. 10.- Soupape de commande selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément soupape est un élément de soupape à plaque (39) et un élément de commande (43) est prévu pour l'élément de soupape à plaque (39) , l'élément de commande pouvant glisser à l'intérieur du deuxième ori- fice. 11.- Soupape de commande selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif comprend une soupape (34) commandée par solénoïde qui peut être fermée pour empêcher que le fluide ne s'échappe de l'espace (23) lors- que la tête (22) de la soupape (17) est en contact avec la paroi d'extrémité (21), et en ce qu'il comprend, en outre, un étranglement (33) par lequel l'espace (23) com- munique avec la première chambre (20). 12.- Soupape de commande selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'étranglement (33) est défini dans la tête (22) de l'élément de soupape (17). 13.- Appareil de pompage pour injection de carbu- rant destiné à fournir du carburant à un moteur à allumage par compression, comprenant un piston de pompage (10) à mouvement alternatif à l'intérieur d'un alésage (11), l'a- lésage (11) et le piston (10) définissant une chambre de pompage (12), une sortie de la-chambre de pompage pour raccordement sur le gicleur (13) d'injection de carburant d'un moteur et une soupape de commande (16) pour réguler le volume de carburant fourni par la sortie au cours de la course de pompage du piston (10), caractérisé en ce que la soupape de commande (16) est construite selon l'une quelconque des revendications précédentes, la première chambre (20) étant en communication constante avec la chambre de pompage (12).