Brevet FR2574129A1 — publié le 19860606

VALVE ELECTROMAGNETIQUE POUR SYSTEME D'INJECTION DE CARBURANT L'invention se rapporte à une valve électromagné- tique destinée à la commande du débit de carburant en sor- tie de la chambre de pompage d'une pompe haute pression d'injection de carburant, la chambre de pompage ayant une sortie communiquant avec la valve, et le carburant s'écou- lant par cette chambre pendant une phase de pompage lorsque ladite valve est fermée. Lorsque la pompe fonctionne, la valve est alimen- tée en courant électrique par un dispositif de commande électronique qui répond à divers paramètres opérationnels du moteur auquel le carburant est fourni, et est fermée pendant la phase de refoulement de la pompe à haute pression, puis est ouverte lorsque la quantité requise de carburant est passée à travers ladite sortie. Il est en conséquence essentiel que la valve soit capable d'être déplacée de sa position d'ouverture à sa position de fermeture et vice- versa, aussi vite que possible tout en dissipant un minimum de puissance. L'objet de la présente invention est une valve électromagnétique pour le but spécifié ci-dessus, réalisée de manière simple et adéquate. La valve selon l'invention comprend à cet effet un boîtier, un alésage creusé dans le boîtier, un obturateur monté coulissant dans l'alésage une chambre dans laquelle s'étend l'obturateur, un orifice de sortie ménagé dans la paroi de cette chambre, un siège formé au voisinage de l'orifice de sortie, l'obturateur étant conformé pour coopérer avec le siège, un passage d'entrée débouchant dans ladite chambre et raccordé, en fonctionnement, à la chambre de pompage, un dispositif élec- tromagnétique avec un solénoïde et une armature mobile qui est associée au solénoide et accouplée à l'obturateur et qui, lorsque le solénoide est alimenté, repousse l'obtura- teur pour l'appliquer contre le siège, cet obturateur pré- sentant une face sur laquelle s'exerce, dans les positions ouverte et fermée de la valve, la pression du carburant admis dans la chambre de la valve, de manière à engendrer une force agissant dans le sens de l'ouverture de la valve. Selonunmode de réalisation, la face précitée possède une forme annulaire et résulte d'un épaulement sé- parant une partie de l'obturateur coulissant dans l'alésage d'une autre partie de section réduite. La chambre de la valve est dans ce cas délimité par la paroi de l'alésage et par la partie de section réduite de l'obturateur. Avantageusement, le siège va en se rétrécissant dans la direction de l'écoulement hors de la chambre au travers de l'orifice de sortie, de manière à créer en outre une force de réaction tendant à repousser l'obturateur vers sa position d'ouverture, cette force s'ajoutant à celle engendrée par la pression sur la face annulaire de l'obtu- rateur. Selon une forme particulière de réalisation de cette valve électromagnétique, l'orifice de sortie est dé- limité par un alésage secondaire ménagé dans le bottier et possédant un diamètre inférieur à celui de l'alésage prin- cipal, l'obturateur possède un prolongement qui est logé dans l'alésage secondaire, la partie de ce prolongement la plus éloignée du siège étant montée avec un jeu dans l'alé- sage secondaire, une autre partie du prolongement située entre la partie précédente et la partie de l'obturateur coopérant avec le siège possède un diamètre réduit, et au moins un autre orifice de sortie débouche dans l'alésage secondai- re. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence au dessin annexé dans lequel: Figure 1 est une représentation schématique de la pompe avec valve associée et son dispositif de commande. Figure 2 est une vue de côté, en coupe, d'un premier exemple de valve conforme à l'invention, et Figure 3 est une vue similaire de celle de la figure 2 montrant un autre exemple de valve conforme à l'in- vention. En se référant à la figure 1 du dessin, la pompe haute pression comporte un cylindre 10 dans lequel est monté coulissant un piston plongeur 11, le piston étant actionné par l'intermédiaire d'une came, non représentée, entraînée par le moteur associé. Un orifice d'admission 12 percé dans la paroi du cylindre 10 communique avec une source 13 de carburant sous basse pression, qui est avanta- geusement une pompe basse pression entraînée par le moteur. Le cylindre 10 est pourvu d'une sortie 14 qui est reliée à une buse 15 d'injection de carburant du moteur associé, ainsi que d'une autre sortie qui constitue l'entrée 16 d'une valve électromagnétique 17, dont la sortie 18 peut être connectée à une évacuation ou à l'entrée ou à la sor- tie de lapompebasse pression 13. La valve électromagnéti- que comporte un solénoïde auquel le courant électrique est fourni par un dispositif de commande 19 qui, de manière connue en soi, reçoit des signaux représentatifs de diffé- rents paramètres de fonctionnement mesurés sur le moteur et des paramètres de fonctionnement souhaités. En fonctionnement, la valve 17 étant ouverte, lorsque le piston 11 se déplace de bas en haut et vers le fond du cylindre 10, on atteint une position pour laquelle l'orifice d'admission 12 est obturé et le carburant est refoulé de la chambre de pompage définie par le cylindre et le piston vers la valve ouverte 17. il n'est pas refoulé de carburant par la sortie 14, du fait que la buse d'injec- tion 15 comporte une valve à ouverture par pression tarée par un ressort. Lorsque l'on désire alimenter en carburant le mo- teur associé, on ferme la valve 17 et le carburant de la chambre de pompage 10 monte alors en pression, jusqu'à un niveau de pression pour lequel la valve que comporte la buse 15 s'ouvre d'elle-même, ce qui entraîne l'alimenta- tion en carburant du moteur associé. Lorsque le dispositif de commande a déterminé qu'une quantité suffisante de car- burant a été délivrée au moteur, la valve 17 est ouverte à nouveau, à la suite de quoi, la pression dans la chambre de pompage 10 baisse, et la valve de la buse d'injection 2574 1 29 se referme. Le piston 11 poursuit alors, en général, son mouvement de montée, et le carburant expulsé de la chambre de pompage 10 s'écoulera au travers de la valve 17. Lorsque le piston 11 atteint sa fin de course supérieure et commence à revenir en arrière, le carburant peut être admis dans la chambre de pompage 10 au travers de la valve 17, ou bien, si cette dernière est fermée, le carburant peut être admis dans le cylindre uniquement par l'orifice d'admission 12, lorsque celui-ci est découvert par le pis- ton 11. Il apparaît donc que la fermeture de la valve 17 au cours du mouvement du piston 11 vers le fond du cylindre détermine l'instant du début de la délivrance du carburant au moteur associé, et que l'ouverture de cette valve détermine la fin de l'écoulement du carburant-vers le moteur. Pour commander le début de l'injection de carburant et contrôler la quantité de carburant fournie au moteur, il convient d'actionner la valve 17 d'une manière rapide et adaptée aux nécessités de fonctionnement. A cet effet, il est proposé une valve dont un exemple de réalisation est représenté sur la figure 2, à laquelle on se refèrera main- tenant. Comme le montre le dessin, cette valve comprend un bottier 20 dans lequel est ménagé un alésage 21, dont une partie, située vers une extrémité de l'alésage, consti- tue une chambre 22. Un orifice de sortie 23 est prévu à l'extrémité de la chambre 22. Au voisinage de l'orifice de sortie 23 est formé un siège conique 24, qui va en se rétrécissant dans la direction de l'écoulement hors de la chambre 22 au travers de l'orifice 23. En outre, un passa- ge d'entrée 25 creusé dans le boîiter 20 débouche latérale- ment dans la chambre 22, ce passage d'entrée 25 étant raccordé à l'entrée 16 de la valve, tandis que l'orifice de sortie 13 est raccordé à la sortie 18 de la valve. A l'intérieur de l'alésage 21, est monté coulis- sant un obturateur 26 qui s'étend longitudinalement dans la chambre 22, et est conformé de manière à pouvoir coopé- 2574 1 29 rer avec le siège 24. La partie de l'obturateur 26 qui oc- cupe la chambre 22 possède un diamètre réduit, de manière à définir une face annulaire 27 qui est soumise à la pres- sion régnant à l'intérieur de la chambre 22, indépendamment du fait que la valve soit ouverte ou fermée. L'obturateur 26 est accouplé à un organe de sortie 28 d'un dispositif électromagnétique 29, qui comprend une bobine de solénoïde enroulée autour d'un noyau magnétique, et une armature mo- bile qui, lorsque le solénoïde est excité, déplace l'organe de sortie 28, et par conséquent l'obturateur 26, vers la position indiquée sur le dessin, pour laquelle l'obturateur 26 se trouve appliqué contre le siège 24, empêchant ainsi l'écoulement du carburant au travers de l'orifice de sortie 23. Dans cette position de la valve, les entrefers entre les faces polaires de l'armature et les faces polaires de la structure fixe de la valve sont minimaux. Lorsque la valve se trouve en position de fermetu- re, et au cours du mouvement du piston plongeur 11 vers le fond du cylindre, après obturation de l'orifice d'admission 12, la pression dans la chambre 22 de la valve sera extrê- mement élevée et correspondra à la pression d'injection du carburant; cette pression s'exercera sur la face annulai- re 27, et créera ainsi une force qui tend à déplacer l'ob- turateur 26 dans le sens de son éloignement du siège 24. A cette force s'oppose la force de sens contraire dévelop- pée par le dispositif électromagnétique 29, force qui est à son maximum du fait que, comme indiqué précédemment, les entrefers sont minimaux. Lorsque le solénoïde n'est plus alimenté, la force qui s'exerce sur la face annulaire 27 repousse l'obturateur 26 en l'éloignant du siège 24, et ce déplacement est transmis à l'armature mobile du dispositif électromagnétique 29. Le carburant s'écoule alors, avec une vitesse élevée, au travers de l'espace libre annulaire qui est délimité entre le siège 24 et la pointe de l'obtu- rateur 26. L'écoulement du carburant engendre, sur l'obtu- rateur 26, une force supplémentaire dont la composante axiale s'additionne à la force de poussée sur la face 27 due à la pression régnant dans la chambre 22. En' conséquence l'obturateur 26 est déplacé rapidement vers sa position d'ouverture et la pression à l'intérieur de la chambre 22 baisse rapidement, ce qui entraîne une diminution rapide de la pression à l'intérieur de la chambre de pompage. A l'instant o, au cours du mouvement du piston plongeur 11 vers le fond du cylindre, l'orifice d'admission 12 étant obturé, il est souhaité que débute la fourniture de carburant, le solénoïde du dispositif électromagnétique 29 est excité. Dans ces conditions, la pression à l'inté- rieur de la chambre 22 est relativement basse, de sorte que la poussée développée par la pression s'exerçant sur la face 27 sera, elle aussi, relativement faible. L'obtura- teur 26 étant alors déplacé vers sa position de fermeture la pression dans la chambre 22 augmentera, par suite de l'étranglement du passage permettant l'écoulement du carbu- rant. Toutefois, les entrefers dans le dispositif 29 dimi- nuant au fur et à mesure du déplacement de l'obturateur-26 vers sa position de fermeture, le dispositif électromagné- tique 29 développera un effort croissant, qui est suffisant pour vaincre la poussée due à la pression de fluide s'exer- çant sur la face 27, ainsi que la composante axiale de la force engendrée par l'écoulement du fluide dans le passage libre, progressivement étranglé, entre l'obturateur 26 et le siège 24. La valve peut ainsi être amenée dans sa posi- tion de fermeture. Un autre exemple de réalisation de cette valve est représenté sur la figure 3 o les parties ayant la même fonction que des parties correspondantes de la valve selon la figure 2 sont désignées par les mêmes nombrs-repères. Dans le cas de cet autre exemple, le boîtier 30 de la valve s'étend audelà de l'orifice de sortie 23, ce dernier se présentant sous la forme d'un alésage secondaire 31, dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de l'alésage prin- cipal 21. Des passages radiaux 32, débouchant dans l'alé- sage 31, constituent les orifices de sortie proprement dits de la valve. De plus, l'obturateur 33 possède un prolongement 34, dont la partie 34A la plus éloignée du siège 24 est logée avec un léger jeu dans l'alésage 31, tandis qu'une partie 34B de diamètre nettement plus petit est prévue immédiatement en aval de la partie de l'obturateur 33 qui coopère avec le siège 24. La partie 34B de diamètre réduit s'évase, vers l'extérieur, jusqu'à présenter un diamètre égal à celui de la partie 34A. Le prolongement 34 est accou- plé à l'organe de sortie 35 du dispositif électromagnétique 36, qui dans le cas présent exerce une traction sur l'ob- turateur 33 pour l'amener dans sa position de fermeture lorsque le solénoïde est excité. On notera encore que dans le cas de la figure 3 la direction de passage d'entrée 25 qui débouche dans la chambre 22 forme un angle aigu avec l'axe 37 de l'obturateur, tandis que les passages de sortie 32 s'étendent suivant des directions perpendiculaires à l'axe 37. L'inclinaison du passage d'entrée 25 est telle que l'écoulement du carburant par ce passage ne puisse pas empêcher ou retarder la fermeture de la valve par applica- tion de l'obturateur 33 contre le siège 24. Cette inclinai- son du passage 25 peut aussi être adoptée dans une réalisa- tion selon l'ensemble de la figure 2. On peut encore noter que l'alésage 21 est élargi dans la région du siège 24. Comme déjà mentionné plus haut, l'obturateur n' est pas équilibré du point de vue des pressions, dans sa position de fermeture, aussi bien en raison de la pression du fluide dans la chambre 22 s'exerçant sur la face annu- laire 27 que, dans le cas de l'obturateur selon la figure 2, en raison de la pression s'exerçant au niveau de l'ori- fice de sortie 23. L'obturateur 26 ou 33 aura donc "naturel- lement" tendance à s'ouvrir, ce qui supprime toute nécessi- té d'un ressort d'ouverture. La vitesse d'ouverture de la valve dépend, au moins au départ, de la pression qui règne à l'intérieur de la chambre 22. Cette pression est, elle-même, fonction de la vitesse du moteur associé et, par conséquent, la vi- tesse d'ouverture de la valve dépend du régime du moteur. Il existe toutefois, pour cette pression, une limite infé- rieure qui est déterminée par la pression d'ouverture de la buse. le fait que la vitesse d'ouverture dépende du régime du moteur est une caractéristique utile, en ce sens que l'instant d'ouverture de la valve, exprimé en degrés par référence à la rotation du vilebrequin, reste sensible- ment constant. La force réellement disponible pour ouvrir la valve est fonction de l'aire de la face annulaire 27, et il est très facile de modifier cette aire dans la fabri- cation de l'obturateur, de sorte que la force d'ouverture peut être indépendante de la section d'écoulement de la valve. 2574 1 29 REVENDICATIONS 1- Valve électromagnétique destinée à la commande du débit de carburant en sortie de la chambre de pompage (10) d'une pompe haute pression d'injection de carburant, la chambre de pompage (10) ayant une sortie communiquant avec la valve (17), et le carburant s'écoulent par cette chambre pendant une phase de pompage, lorsque ladite valve (17) est fermée, caractériséeen ce qu'elle comprend un bottier (20;30), un alésage (21) creusé dans le boîtier, un obturateur (26; 33) monté coulissant dans l'alésage (21), une chambre (22) dans laquelle s'étend l'obturateur (26; 33), un orifice de sortie (23) ménagé dans la paroi de cette chambre (22), un siège (24) formé au voisinage de l'orifice de sortie (23), l'obturateur (26; 33) étant conformé pour coopérer avec le siège (24), un passage d'entrée (25) dé- bouchant dans ladite chambre (22) et raccordé, en fonction- nement, à la chambre de pompage (10), un dispositif élec- tromagnétique (29; 36) avec un solénoide et une armature mobile qui est associée au solénoïde et accouplée à l'obtu- rateur (26; 33) et qui, lorsque le solénoïde est alimenté repousse l'obturateur pour l'appliquer contre le siège (24), cet obturateur (26; 33) présentant une face (27) sur laquelle s'exerce, dans les positions ouverte et fermée de la valve, la pression du carburant admis dans la chambre (22) de la valve, de manière à engendrer une force agissant dans le sens de l'ouverture de la valve. 2- Valve électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face précitée (27) possède une forme annulaire, et résulte d'un épaulement séparant une partie de l'obturateur (26; 33) coulissant dans l'alé- sage (21) d'une autre partie de section réduite. 3- Valve électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le siège (24) va en se ré- trécissant dans la direction de l'écoulement hors de la chambre (22) au travers de l'orifice de sortie (23), de manière à créer en outre une force de réaction tendant à repousser l'obturateur (26; 33) vers sa position d'ouver- ture. 4- Valve électromagnétique selon la revendication 2 ou 3, caractérisée ence que l'orifice de sortie (23) est délimité par un alésage secondaire (31) ménagé dans le bol- tier (30) et possédant un diamètre inférieur à celui de l'alésage principal (21), en ce que l'obturateur (33) possè- de un prolongement (34) qui est logé dans l'alésage secon- daire (31), la partie (34A) de ce prolongement la plus éloi- gnée du siège étant montée avec un jeu dans l'alésage se- condaire (31), en ce qu'une autre partie (34B) du prolonge- ment (34) située entre la partie précédente (34A) et la par- tie de l'obturateur (33) coopérant avec le siège (24) pos- sède un diamètre réduit, et en ce qu'au moins un autre ori- fice de sortie (32) débouche dans l'alésage secondaire (31). 5- Valve électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée ence que le passage d'entrée (25) forme un angle aigu par rapport à l'axe (37) suivant lequel s'effec- tue le mouvement de l'obturateur (33). 6- Valve électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre (22) est délimitée par la paroi de l'alésage (21) et par la partie de section réduite de l'obturateur (26; 33). 7- Valve électromagnétique selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alésage (21) est élargi dans la région du siège (24).