Brevet FR2611250A1 — publié le 19880826

La présente invention se rapporte à une soupape destinée à être utilisée avantageusement pour les injec- teurs de carburant des moteurs à combustion interne, ain- si que pour des applications analogues, soupape qui est du type comprenant un corps présentant un siège de soupa- pe destiné à intercepter le courant de carburant, un électro-aimant monté à l'intérieur du corps et un organe mobile qui fait face audit électro- aimant et présente une partie destinée à jouer le rôle d'obturateur en coo- pération avec ledit siège de soupape, et qui peut se dé- placer, sous l'action de l'électro-aimant, d'une pre- mière position, dans laquelle ladite soupape est fermée, à une deuxième position dans laquelle ladite soupape est ouverte. Dans les soupapes du type précité, le retour de l'organe mobile de la deuxième-position à la première po- sition au moment de la désexcitation de l'électro-aimant est commandé par des moyens de rappel normalement consti- tués par un ressort hélicoidal monté en position centra- le coaxialement à l'enroulement de l'électro-aimant. Ce ressort, qui assure le retour de l'armature mobile de l'électrovalve est un élément critique pour cette der- nière, en ce sens qu'il exige un tarage très précis et que, en cas de rupture, il ne permet pas la fermeture de la soupape. En outre, en particulier dans le fonctionne- ment à haute fréquence, on peut observer des phénomènes de résonance du ressort, ce qui entraîne des problèmes de réponse de la soupape. Un autre problème qui se présente dans les sou- papes du type ci-dessus, qui sont utilisées dans les in- jecteurs du carburant, est celui qui concerne la présen- ce constante de gazole dans l'entrefer compris entre l'électro-aimant et l'organe mobile, cette présence étant nécessaire pour assurer le bon fonctionnement de l'injecteur. Dans certains injecteurs réalisés jusqu'à présent, il est nécessaire de prévoir un passage comman- dé du gazole entre l'organe mobile et le corps de l'in- jecteur, ce qui n'est pas toujours facile à réaliser d'une façon simple et économique. Pour obvier aux inconvénients précités, on a réalisé d'autres types de ressorts, parmi lesquels on peut citer les ressorts à pas variable, les ressorts mul- tiples, ou encore, on a remplacé le ressort par un ai- mant permanent qui assure la même fonction que le res- sort. Ces solutions ne se sont malheureusement pas révé- lées satisfaisantes, bien qu'elles aient amélioré à la fois la sécurité du fonctionnement et le rapport masse/- raideur du ressort. Le but de l'invention est de réaliser une soupa- pe qui ne présente pas les inconvénients précités et qui soit d'une réalisation simple et économique. Selon l'invention, ce but est atteint grâce au fait que ledit organe mobile présente une cavité qui est en communication avec la conduite d'arrivée de la pres- sion et dans laquelle est monté coulissant, sensiblement coaxialement à l'organe mobile, un piston qui présente une première face, sur laquelle la pression du carburant contenu dans ladite cavité est destinée à agir, une deuxième face, située à l'opposé de la première et desti- née à buter sur un élément de butée solidaire du corps de la soupape, ledit piston étant destiné à commander, sous l'action de la pression régnant dans ladite cavité, le retour de l'organe mobile de ladite deuxième position à ladite première position au moment de la désexcitation de l'électro-aimant. Grâce aux caractéristiques précitées, on ob- tient un meilleur comportement dynamique dans la phase de retour de l'organe mobile, il n'est pas nécessaire de procéder à un tarage et la soupape ne risque pas de res- ter en position "ouverte". D'autres avantages résident dans la facilité avec laquelle on peut faire varier la précontrainte au stade de la fabrication, en remplaçant simplement le piston par un piston d'un autre diamètre, dans la faible inertie du dispositif comparativement au dispositif traditionnel commandé par un ressort et, lors- que la soupape est utilisée pour les injecteurs de carbu- rant, dans la possibilité d'assurer efficacement et cons- tamment le remplissage de l'entrefer par du gazole, en choisissant convenablement la tolérance de l'accouple- ment entre piston et organe mobile. Un autre avantage réside dans le fait qu'en éli- minant le ressort hélicoïdal disposé coaxialement à l'électro-aimant, on peut utiliser une plus grande aire aimant/armature mobile, ce qui est à l'avantage de la force et, par conséquent, de la rapidité d'ouverture de la soupape, ou encore,à égalité de force, à l'avantage d'une plus grande compacité de la soupape. D'autres avantages et caractéristiques de la soupape selon l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels, la figure 1 est une vue partielle latérale, en partie en coupe, d'un injecteur équipé de la soupape se- lon l'invention; la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1. En se reportant aux dessins, on a indiqué en 10 la partie de commande d'un injecteur destiné à être mon- té sur la culasse d'un moteur diesel (non représenté). La partie 10 de l'injecteur est destinée à doser le com- bustible qui arrive en provenance d'un collecteur à hau- te pression (non représenté) et qui est envoyé à l'injec- teur par une conduite P. L'injecteur 10 présente en outre un corps 14 mu- ni d'une cavité cylindrique 14a dans laquelle est dispo- sé un électro-aimant 16 muni d'un enroulement annulaire 16b auquel aboutissent des câbles électriques E connec- tés à une centrale électronique de commande (non repré- 4 2611250 sentée). L'électro-aimant 16 présente une extrémité pla- ne 18, à laquelle fait face un organe mobile 20 consti- tué par une tige centrale cylindrique 20a et par une par- tie annulaire 20b faite d'une matière ferromagnétique. La tige centrale 20a de l'organe mobile 20 comprend une première partie 22 fixée à la partie annulaire 20b et une deuxième partie 24 qui coulisse à joint étanche dans un trou 25 du corps 14. La partie 24 de la tige 20a de l'organe mobile 20 présente en outre une surface fronta- le 26 destinée à jouer le rôle d'obturateur en s'appli- quant sur un siège de soupape correspondant 28 formé au niveau d'un conduit R d'arrivée du carburant sous pres- sion, conduit qui est formé dans le corps 14 de l'injec- teur 10 et est en communication avec la conduite P. En aval de l'obturateur 26 et du siège 28 qui, ensemble, forment une soupape d'interception indiquée par la réfé- rence D, sont disposés à l'intérieur du corps 14 de l'in- jecteur, des conduits de refoulement S qui envoient le carburant vers un pulvérisateur (non représenté). En dérivation par rapport au conduit R d'arri- vée du carburant sous pression, est branché un conduit auxiliaire A qui communique avec un trou borgne F formé coaxialement à la tige 20a. En un emplacement adjacent à l'électro-aimant 16, la tige 20a présente, coaxialement au trou F, une bague 30 qui est rendue solidaire de la tige 20a, par exemple, par refoulement, et dans laquelle est monté un piston 32 qui présente une première face 32a dirigée vers le trou F et une deuxième face 32b diri- gée vers l'électro-aimant 16. Le piston 32 présente la forme d'un clou, et comprend une première partie 34 qui coulisse dans la bague 30 et une deuxième partie 36, de diamètre supérieur à celui de la partie 34 et qui présen- te une surface B au niveau de la face 32b, cette surface B présentant la forme d'une calotte de sphère. En face du piston 34, l'électro-aimant 16 présente une insertion I en métal dur et, entre l'électro-aimant 16 et l'organe mobile 20, est formé un espace, appelé entrefer, indiqué sur la figure 2 par la référence T. Lorsque l'électro-aimant 16 est désactivé, la pression qui existe dans la conduite P et dans le con- duit auxiliaire A, lequel communique à son tour avec le trou F (pression de l'ordre de 600 à 1200 bars), charge le piston 32, au niveau de sa face 32a, pour tendre à l'appliquer contre l'insertion I de l'électro-aimant 16 (la surface sphérique B à grand rayon facilite l'accou- plement entre le piston 32 et l'insertion I en matière dure); en même temps, par réaction, la surface frontale 26 de la tige 20a est sollicitée pour s'appliquer contre le siège de soupape 28, en maintenant la soupape B fer- mée avec une force qui dépend de l'aire de la face 32a du Diston 32, et qui est suffisante de toute façon pour assurer la parfaite étanchéité de la soupape V. Au moment de l'excitation de lrélectro-aimant 16, ce dernier exerce sur l'organe mobile 20 une force d'attraction capable de surmonter la force de répulsion due à l'action du piston 32 et de nature à permettre ain- si l'ouverture de la soupape V et l'écoulement du carbu- rant du conduit R vers les conduits S (phase d'injec- tion). Lorsque la soupape V est ouverte, la bague 30 fixée à la tige 20a est en butée frontale contre la par- tie 36 du piston 32. Au moment de la désexcitation de l'électro-ai- mant 16, la pression qui règne dans le trou F provoque à nouveau le coulissement du piston 32 à l'intérieur de la bague 30 et l'éloignement consécutif de l'organe mobile par rapport à l'électro-aimant 16, avec fermeture con- sécutive de la soupape V. La tolérance de montage du piston 32 dans la ba- gue 20 est de nature à assurer un écoulement prédétermi- né de carburant du trou F vers l'entrefer T, qui est ap- te à assurer la sécurité du fonctionnement de l'injec- teur. Pour obtenir une force de fermeture de la soupa- pe V égale à 50 Newtons pour une pression d'alimentation en carburant de 1 000 bars, on a utilisé un oiston 32 ayant une aire de face 32a regardant vers le trou F éga- le à 0,5 mm2 (diamètre = 0,8 mm). Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I CATIONS 1 - Soupape, particulièrement pour injecteurs de carburant pour moteurs à combustion interne, du type destiné à être placé dans une conduite d'arrivée du car- burant sous pression, comprenant un corps qui présente un siège de soupape destiné à intercepter le courant de carburant, un électro-aimant monté à l'intérieur du corps et un organe mobile, qui fait face audit électro- aimant et présente une partie destinée à jouer le rôle d'obturateur en coopération avec ledit siège de soupape, et qui peut se déplacer, sous l'action de l'électro-ai- mant, d'une première position dans laquelle ladite soupa- pe est fermée, à une deuxième position, dans laquelle la- dite soupape est ouverte, caractérisée en ce que ledit organe mobile (20) présente une cavité (F) qui est en communication avec ladite conduite d'arrivée (P, R) et dans laquelle est -monté coulissant, sensiblement coaxia- lement à l'organe mobile (20), un piston (32) qui présen- te une première face (32), sur laquelle la pression du carburant contenu dans ladite cavité (F) est destinée à agir et une deuxième face (32b), située à l'opposé de la première et destinée à buter contre un élément de butée (I, 16) solidaire du corps (14), ledit piston (32) étant destiné à commander, sous l'action de la pression ré- gnant dans ladite cavité (F) le retour de l'organe mobi- le (20) de ladite deuxième position à ladite première po- sition au moment de la désexcitation de l'électro-aimant (16). 2 - Soupape selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite cavité est définie par un trou bor- gne (F) coaxial à l'organe mobile (20) et qui présente une bouche au droit de laquelle est fixée coaxialement une bague (20) dans laquelle ledit piston (32) est monté coulissant. 3 - Soupape selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ledit élément de butée est constitué par une insertion (I) en matière dure fixée à l'électro-ai- mant (16) en position centrale. 4 - Soupape selon les revendications 2 et 3, ca- ractérisée en ce que ledit piston (32) présente une pre- mière partie (32) destinée à coulisser dans ladite bague (30) et une deuxième partie (36) de plus grand diamètre, destinée à venir buter contre l'insertion (I) en matière dure. 5 - Soupape selon la revendication 4, caractéri- sée en ce que la surface de ladite deuxième partie (36) du piston (32) qui est destinée à venir buter contre l'insertion (I) en matière dure présente une conforma- tion (V) sensiblement en forme de calotte sohérique. 6 - Soupape selon une quelconque des revendica- tions précédentes, dans laquelle un entrefer est défini entre l'organe mobile et l'électro-aimant, caractérisée en ce que, entre le piston (32) et l'organe mobile (20), est prévu un jeu prédéterminé destiné à permettre au car- burant de s'écouler de la cavité (F) de l'organe mobile (20) à l'entrefer (T).