Brevet FR2654468A1 — publié le 19910517

L'invention concerne une soupape de pression destinée à être montée dans une conduite d'alimentation entre la chambre d'une pompe d'injection de carburant et un injecteur de carburant d'un moteur à combustion interne alimenté par une pompe d'injection de carburant, soupape comportant un corps de soupape avec un siège de soupape ayant un canal traversant guidant un organe d'obturation de la soupape de pression, cet organe ayant une surface d'étanchéité qui en position de fermeture de la soupape de pression est pressé sur le siège de soupape adjacent au canal traversant par un ressort de compression s'appuyant de manière fixe dans une chambre à ressort située du côté de l'organe d'obturation, opposée à la chambre de la pompe et ayant en outre un collet de rétro-aspiration qui peut coulisser de manière étanche dans le canal traversant, et en position de fermeture l'organe d'obturation qui s'y trouve est immergé et à l'ouverture de la soupape de pression, cet organe sort du canal traversant du côté de la chambre du ressort et se trouve par une partie de passage avec un collet de commande adapté au diamètre du canal traversant, ayant à sa périphérie une cavité s'étendant sur toute la longueur du collet de commande, cavité qui forme avec la paroi du canal traversant une section de passage, le collet de commande étant directement adjacent au collet de rétro-aspiration et la cavité forme avec une arête de sortie délimitant le canal traversant du côté de la chambre du ressort, une section de liaison entre la chambre de la pompe et la conduite d'alimentation et la force de rappel dépend de la section du canal traversant et de la section de passage pour qu'avec un débit de carburant croissant, la section de passage soit augmentée par déplacement de l'organe d'obturation contre la force développée par le ressort de compression et lorsque la section de liaison diminue ou au plus conserve une section constante. Dans une telle soupape de pression connue (DE-AS 1 236 863, une collet de rétro-aspiration est séparé par une rainure annulaire du collet qui comporte au moins une cavité et dans le cas présent deux cavités. Cette cavité est réalisée sous la forme d'une partie meulée et pour toute position de l'organe de fermeture de la soupape de pression, cette cavité reste à l'intérieur du perçage traversant. L'organe de fermeture a une surface d'étanchéité de forme conique à l'extrémité située du côté de la chambre de la pompe et du côté de la chambre du ressort, il présente une butée solide contre laquelle s'appuie un ressort de pression très doux, à chaque course d'ouverture de l'organe de fermeture. La cavité prévue sur l'organe de fermeture qui présente ainsi une section de passage toujours constante, est réalisée sous la forme de section d'étranglement.Le rôle de cette section d'étranglement est que l'organe de fermeture de la soupape de pression passe plus rapidement dans sa position de fermeture à la fin de l'injection qu'après la fermeture de l'injecteur, car les ondes de pression réfléchies dans la conduite d'alimentation trouvent au point d'étranglement, une perte de charge qui se répercute comme force de fermeture sur l'organe de fermeture ou d'obturation, en renforcement de l'action du ressort de compression.Etant donné les débits différents ou des vitesses de transfert différentes de carburant à travers la soupape de pression ou la conduite d'alimentation d'une part au ralenti et d'autre part en charge pleine à des vitesses de rotation élevées, l'effet du point d'étranglement sur le mouvement d'obturation de l'organe de fermeture diminue vers le fonctionnement au ralenti, car l'onde de pression est alors relativement faible et la section d'étranglement n'oppose alors qu'une faible résistante aux pertes de charge à cette onde de pression, si bien que plus de carburant peut passer par unité de temps à travers cet étranglement.De cette manière, l'organe de fermeture se ferme plus lentement et ainsi en marche au ralenti, une fraction plus importante du volume libéré par le clapet qui se ferme de la conduite de transfert est remplacée par du carburant provenant de la chambre de la pompe que dans le cas de la pleine charge ou du fonctionnement en charge partielle ; ainsi, la réduction de pression dans la conduite d'alimentation ou de transfert varie d'une valeur très faible au fonctionnement au ralenti jusqu'à une valeur maximale en pleine charge. Une telle soupape de pression sert à commander la pression résiduelle régnant dans la conduite d'alimentation et à compenser les débits de carburants en fonction de la quantité injectée et de la vitesse de rotation. L'organe d'étranglement qui agit au moment du choc de refoulement fonctionne également pendant la phase de transfert de la pompe d'injection sur le débit injecté et réduit la quantité de carburant injectée en pleine charge en fonction croissante de la vitesse de rotation. Dans les soupapes de pression connues dans lesquelles l'organe de fermeture ou d'obturation comporte un collet de rétro-aspiration et ne rencontre pas une butée fixe à chaque phase de transfert, le collet de rétro-aspiration est suivi du côté de la chambre de la pompe, de façon adjacente par une section traversante laissée libre par l'organe d'obturation et qui est très grande et en particulier plus grande que la section libre de la conduite de transfert adjacente. Dans de telles soupapes, les quantités injectées varient très fortement pour un début à haute pression réglé de façon constante sur la pompe d'injection de carburant.Ces quantités de carburant, injectées, différentes ne peuvent pas être corrigées par un réglage de la course utile du piston de la pompe en particulier dans le cas de pompes d'injection à répartition, car tous les points d'injection du moteur à combustion interne sont alimentés alternativement à partir de l'unique chambre de la pompe et ainsi la quantité commandée doit être la même pour tous les points d'injection à condition qu'il n'y ait pas d'installation de commande de la quantité injectée qui commande individuellement la quantité injectée par cadence de transfert du piston de la pompe. Une telle commande nécessite toutefois des moyens considérables.On peut également influencer la quantité par d'autres moyens secondaires comme par exemple les limitations de course de la soupape de pression mais cela donne un effet qui n'est pas aussi régulier que souhaité dans toute la plage de fonctionnement de la pompe d'injection de carburant de plus cette solution est très coûteuse. Avantages de l'invention : L'invention concerne une soupape de pression du type ci-dessus caractérisée en ce que la cavité a une forme hélicoïdale et le collet de commande s'étend sur toute la longueur de l'organe d'obturation, longueur adjacente au collet de rétro-aspiration du côté de la chambre de combustion. Cette soupape de pression offre l'avantage d'éviter les dispersions quantitatives évoquées cidessus et cela avec des moyens simples. En particulier, on influence le comportement à l'ouverture de l'organe de fermeture de la soupape de pression. Dans le cas d'un organe de fermeture de soupape de pression ayant de manière connue un collet de rétro-aspiration suivi par une section de passage très grande du côté de la chambre de la pompe, lorsque le collet de rétro-aspiration sort du canal traversant, cela commande l'ouverture annulaire de liaison dans le sens de la libération et qui en moins de quelques dizaines de millimètre de la course de sortie libère déjà une section qui est supérieure à la section libre de la conduite de transfert en aval. Cette opération d'ouverture entraîne ainsi une suroscillation de la course d'ouverture dans le sens d'une section de liaison plus grande que pour le passage nécessaire aux débits envisagés. Puis du fait de l'établissement de la pression dans la conduite de sortie, la soupape de pression revient et coupe le débit jusqu'à ce qu'elle soit de nouveau ouverte. Du fait de cette phase d'oscillation, on détériore la caractéristique de transfert pendant la durée du transfert correspondant à la course de transfert du piston de la pompe ou la durée de l'injection. Selon la conception du chemin de transfert vers les différents points d'injection, on rencontre alors les répartitions quantitatives différentes et en outre des profils quantitatifs à ondes différentes et à débits de transfert variables en fonction de la vitesse de rotation ; cela représente des inconvénients.Dans la réalisation selon l'invention, on évite ces dépassements ou sur-oscillations en ce que la section de liaison entre la chambre de la pompe et la conduite de transfert s'ouvre plus lentement et en continu avec un débit croissant, ce qui évite des pointes de pression et des chutes de pression lors du débit et dans le cas de la soupape de pression selon l'état de la technique, cela s'est traduit par un débit ondulé. La cavité y compris la section d'étranglement assurent que la section de passage libre puisse être augmentée en fonction croissante du débit et que la section de passage et ainsi la section de liaison maximale soient sensiblement de même dimension que la section libre de la conduite d'alimentation. De façon avantageuse, l'unique cavité qui s'étend dans le collet de commande jusqu'à l'extrémité de l'organe de fermeture du côté de la chambre de la pompe présente une forme hélicoïdale et cette cavité est d'une conception très compacte c'est-à-dire qu'elle se rapporte à une surface périphérique aussi réduite que possible par rapport à la section. On évite ainsi un effet d'étranglement de la cavité, ce qui aurait abouti à influencer la quantité injectée en fonction de la vitesse de rotation ou du débit. Le profil hélicoïdal de la cavité donne à l'organe de fermeture, au moment de l'ouverture sous le jet sortant, une impulsion de rotation dans la cavité évitant un éventuel grippage ou accrochage de l'organe de fermeture.L'écoulement avec rotation crée au moment du débordement une turbulence qui réduit considérablement l'effet de cavitation au niveau du siège de la soupape et au niveau des pièces de guidage suivantes. Selon une autre caractéristique de 1 invention, la section de passage est sensiblement égale à la section de la conduite d'alimentation. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse sur le plan de la simplicité de la fabrication, l'organe d'obturation comporte une tête du côté de la chambre du ressort, tête sur laquelle est formée une surface d'étanchéité de préférence conique dirigée vers le canal traversant, cette surface d'étanchéité venant contre un siège de soupape de forme correspondante à la sortie du canal traversant du côté de la chambre du ressort, pour être mis en appui par un ressort et comportant une partie cylindrique plongée dans le canal traversant, partie cylindrique qui forme du côté tourné vers la surface d'étanchéité, le collet de rétro-aspiration et dont l'autre côté situé du côté de la chambre de la pompe forme le collet de commande qui constitue en même temps la pièce de guidage de l'organe de fermeture. Selon une autre caractéristique de 1 invention, la cavité est formée comme partie meulée. Dessins Deux exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après de manière plus détaillée à l'aide de description se rapportant aux dessins dans lesquels - la figure 1 montre un premier exemple de réalisation. - la figure 2 montre un second exemple de réalisation avec une pièce de guidage cylindrique selon 1 invention prévue sur l'organe d'obturation de la soupape de pression et une cavité hélicoïdale. Description des exemples de réalisation La figure 1 est une coupe longitudinale d'une soupape de pression 1 qui se visse dans le boîtier 2 d'une pompe d'injection de carburant non représentée en détail et construite par exemple comme cela est indiqué dans le document DE-OS 36 44 595. La soupape de pression 1 comporte un ajutage de raccordement 4 dont l'extrémité est munie d'un filetage extérieur 5 qui se visse dans un taraudage 6 du boîtier 2. Une conduite d'alimentation 7 venant de la chambre de travail non représentée de la pompe d'injection de carburant débouche coaxialement dans le taraudage. Cette conduite est reliée par la soupape de pression 1 à une conduite de sortie 7' dont l'extrémité est constituée par un injecteur 8. L'ajutage de raccordement 4 est de structure essentiellement cylindrique avec une cavité axiale cylindrique 9 ouverte du côté du vissage. Un perçage de raccordement 11 part coaxialement de la cavité cylindrique 9 ; ce perçage de raccordement débouche dans un nipple de raccordement 12 de l'ajutage de raccordement et relie la cavité 9 à la conduite de sortie 7' ou à l'injecteur 8. A l'extrémité située du côté de la chambre de la pompe, la cavité axiale 9 reçoit un corps de soupape 14, tubulaire qui à l'extrémité située du côté de la chambre de la pompe, présente une bride 15 ; par cette bride, l'ajutage de raccordement est appliqué par la face frontale 16 du côté de la chambre de la pompe contre un épaulement 17 à la base du taraudage 6. Le corps de soupape 14 présente un canal traversant 20, axial dont la sortie forme du côté de la cavité 9 une arête de sortie 22 qui se transforme en un siège de soupape 19, conique. Un organe d'obturation de soupape 21 pour la soupape de pression est guidé dans le canal traversant ; cet organe comporte une tête 24 ayant une surface d'étanchéité 25 de forme conique qui vient en appui contre le siège de soupape lorsque l'organe d'obturation de la soupape pénétre dans le canal traversant 20.La tête 24 de l'organe d'obturation est sollicitée par la force développée par un ressort de compression 26 qui s'appuie contre la face frontale de la cavité 9 et a tendance à maintenir l'organe d'obturation de soupape en position de fermeture ou en appui contre le siège de soupape. La tête de l'organe d'obturation de la soupape ainsi que le corps du siège de la soupape ferment ainsi une chambre à ressort 28 dans la cavité 9. Le siège de soupape peut également être prévu à l'extrémité du canal traversant 20 du côté de la chambre de la pompe et dans ce cas les surfaces d'étanchéité se trouvent à l'extrémité correspondante de l'organe de soupape. La surface d'étanchéité 25 de la tête de l'organe d'obturation de soupape est délimitée du côté de la chambre de la pompe par une rainure annulaire 29 qui par ailleurs est adjacente à un collet 30. Celleci est adapté en diamètre à l'alésage du canal traversant de manière à pouvoir coulisser de façon étanche dans le canal traversant. Une pièce de guidage 31 est prévue sur le collet, du côté de la chambre de la pompe ; cette pièce 31 comporte des nervures de guidage 34 formées par les cavités 33 ; ces nervures glissent dans le canal traversant 30 et permettent à l'organe d'obturation de la soupape de se déplacer sans basculer. Entre les nervures de guidage, les cavités constituent des sections de passage pour le carburant arrivant dans le canal traversant 20 jusqu'au collet 30 par la conduite d'alimentation 7. Le collet 30 constitue sur le plan de la régulation un collet de rétro-aspiration ou un collet de décharge et comme décrit jusqu a maintenant il correspond à l'organe d'obturation de soupape d'une soupape de pression connue de collet de rétroaspiration. Lorsque la chambre de la pompe demande un transfert à haute pression, la section de l'organe d'obturation 21 est soumise à la haute pression et cet organe d'obturation se déplace contre la force développée par le ressort de compression 26. Le collet 30 se dégage alors du canal traversant 20 et refoule dès à ce moment du carburant dans la conduite de sortie 7' en y élevant la pression résiduelle régnant en amont de l'injecteur 8. Lorsque la pression dépasse une pression d'ouverture déterminée, de l'injecteur, il y a injection de carburant.En changeant le collet 30, le carburant peut s'écouler par une section de liaison de forme annulaire et passer dans la chambre à ressort 28 pour arriver jusqu'à l'injecteur. A la fin de la phase d'injection, la pression chute dans la chambre de la pompe. L'organe d'obturation 21 revient alors sous l'action d'une part du ressort de compression et d'autre part de la pression régnant dans la conduite de sortie 7' de la chambre à ressort 8 jusqu'à sa position de fermeture. Le collet 30 passe sur l'arête de sortie 22 et pénétre dans le canal de passage 20 ; il augmente ainsi le chevauchement de la première partie du collet 30 du côté de la chambre de la pompe et de l'arête de sortie 22 pour le volume emprisonné entre l'organe de fermeture de la vanne et l'injecteur, tout en assurant une décharge de la pression.Ce mode de fonctionnement est connu et ne necessite pas d'autres explications ici. Contrairement à la réalisation connue de telles soupapes de pression, le collet 30 est subdivisé en un collet de rétro-aspiration 35 et un collet de commande 36. Le collet de commande présente à sa périphérie une cavité 38 sous la forme d'une partie meulée dont l'arête limite tournée vers la tête 24 est située parallèlement à l'arête de sortie 22 et définit la hauteur du collet de commande 36. Pour le reste, le collet de commande 36 passe en transition dans le collet de rétro-aspiration 35. La cavité 38 peut être une partie meulée droite ou encore une partie meulée à surface limite circulaire, parallèle à l'axe 40 de l'organe de fermeture de soupape. La cavité 38 forme une section de passage de réalisation compacte, avec positionnement unilatéral de la cavité 38 sur le collet de commande 36. En dehors d'une partie meulée, on peut également envisager d'autres formes de réalisation compactes qui constituent une section de passage avec la paroi du canal traversant 20. Dans la soupape de pression décrite ici, la section de liaison entre la conduite d'alimentation 7 et la conduite de sortie 7' est déterminée par le degré de sortie du collet de commande 36 hors du canal traversant 20. En soulevant l'organe de fermeture, l'arête de sortie 22 libère de plus en plus une section de liaison qui est définie par le produit de la course de sortie et de la longueur de la limitation de la cavité 38 du côté du canal de passage. En ouvrant la soupape de pression, on réalise ainsi la section de liaison nécessaire entre les segments de conduite 7 et 7', cette section nécessaire pour le passage libre étant influencée par la section de passage 39.La section de passage formée entre la cavité et le canal traversant 20 est aussi petite que possible mais suffisamment grande pour que le carburant puisse passer librement avec le débit le plus important, ce qui est également le cas pour les conduites d'alimentation dimensionnées de manière appropriée. Cela signifie que la section de passage maximale au niveau du collet de commande est sensiblement aussi grande que la section de passage de la conduite de sortie 7'. Pour cela, il faut que l'élément de fermeture de la soupape de pression parcourt une course plus grande que celle nécessaire dans l'état de la technique examiné dans le préambule. La hauteur du collet de commande est dimensionnée pour qu'une partie de celui-ci reste toujours en-dessous du canal de passage 20 et conserve ainsi avec certitude une section de passage maximale souhaitée. La réalisation selon l'invention garantit ainsi que la quantité maximale de carburant à injecter puisse arriver librement jusqu'à l'injecteur et que la section de passage soit adaptée aux conditions de débit respectives pour éviter une sur-oscillation du type de celle évoquée précédemment. Grâce à la course relativement importante nécessaire pour commander la section de passage, un léger mouvement pendulaire de l'organe d'obturation de la soupape de pression ne se répercute plus de manière importante sur la quantité de carburant injectée ou sur le déroulement de l'injection. La figure 2 montre un second mode de réalisation de la soupape de pression. Dans ce cas, en développement de la figure 1, l'organe d'obturation de la soupape de pression 121 est conçu pour supprimer les nervures de guidage 34 qui sont formées par les cavités 33, si bien que la pièce de guidage 131 est une pièce cylindrique glissant de manière étroite dans le perçage traversant 20 et qui est délimitée vis-àvis de la surface d'étanchéité 25 par la rainure annulaire 29. Dans cette pièce de guidage, du côté de la surface d'étanchéité 25, on a réalisé le collet de rétro-aspiration 135 auquel fait suite une cavité 138 sous la forme d'une partie meulée, hélicoïdale parallèle à l'axe de l'organe d'obturation de la soupape de pression. La partie meulée s'étend sur le reste de la longueur de la partie de guidage et joue le rôle de la cavité 38 de la figure 1. Cette partie de l'organe d'obturation de la soupape est la partie de guidage et en même temps le collet 136 selon la figure 1. Un tel organe d'obturation se réalise de manière particulièrement simple et présente les avantages énoncés ci-dessus. REVENDICATIONS 1") Soupape de pression destinée à être montée dans une conduite d'alimentation (7, 7') entre la chambre d'une pompe d'injection de carburant et un injecteur de carburant (8) d'un moteur à combustion interne alimenté par une pompe d'injection de carburant, soupape comportant un corps de soupape (14) avec un siège de soupape (19) ayant un canal traversant (20) guidant un organe d'obturation (21) de la soupape de pression (1), cet organe ayant une surface d'étanchéité (26) qui en position de fermeture de la soupape de pression est pressé sur le siège de soupape (19) adjacent au canal traversant (20) par un ressort de compression (26) s'appuyant de manière fixe dans une chambre à ressort (28) située du côté de l'organe d'obturation, opposée à la chambre de la pompe et ayant en outre un collet de rétro-aspiration (135) qui peut coulisser de manière étanche dans le canal traversant (20), et en position de fermeture l'organe d'obturation qui s'y trouve est immergé et à l'ouverture de la soupape de pression, cet organe sort du canal traversant (120) du côté de la chambre du ressort et se trouve par une partie de passage avec un collet de commande (36) adapté au diamètre du canal traversant, ayant à sa périphérie une cavité (38) s'étendant sur toute la longueur du collet de commande, cavité qui forme avec la paroi du canal traversant (20) une section de passage, le collet de commande (36) étant directement adjacent au collet de rétro-aspiration (35) et la cavité (38) forme avec une arête de sortie (22) délimitant le canal traversant (20) du côté de la chambre du ressort, une section de liaison entre la chambre de la pompe et la conduite d'alimentation (7) et la force de rappel dépend de la section du canal traversant et de la section de passage pour qu'avec un débit de carburant croissant, la section de passage soit augmentée par déplacement de l'organe d'obturation (21) contre la force développée par le ressort de compression (26) et lorsque la section de liaison diminue ou au plus conserve une section constante, soupape caractérisée en ce que la cavité (38) a une forme hélicoïdale et le collet de commande (36) s'étend sur toute la longueur de l'organe d'obturation, longueur adjacente au collet de rétro-aspiration (35) du côté de la chambre de combustion. 2") Soupape de pression selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section de passage (38) est sensiblement égale à la section de la conduite d'alimentation. 3") Soupape de pression selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'organe d'obturation (121) comporte une tête (24) du côté de la chambre du ressort, tête sur laquelle est formée une surface d'étanchéité (25) de préférence conique dirigée vers le canal traversant (20), cette surface d'étanchéité venant contre un siège de soupape (19) de forme correspondante à la sortie du canal traversant (20) du côté de la chambre du ressort, pour être mis en appui par un ressort (26) et comportant une partie cylindrique (131) plongée dans le canal traversant (20), partie cylindrique qui forme du côté tourné vers la surface d'étanchéité (25), le collet de rétroaspiration (135) et dont l'autre côté situé du côté de la chambre de la pompe forme le collet de commande (136) qui constitue en même temps la pièce de guidage de l'organe de fermeture. 4 ) Soupape de pression selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la cavité est formée comme partie meulée.