Brevet FR2764650A1 — publié le 19981218

La présente invention concerne une soupape de do- sage pour l'alimentation en carburant d'une pompe haute pres- sion à partir d'une source basse pression, pour alimenter la chambre de carburant à haute pression d'un système d'injection de carburant pour des moteurs à combustion in- terne, comprenant une soupape déplacée en fonction des para- mètres de fonctionnement. Selon le document non publié antérieurement DE 195 49 108.4, on connaît entre autres une soupape de do- sage comportant un tiroir mobile dans un corps de soupape en- tre une chambre à ressort de rappel et une chambre de commande en s'ouvrant contre l'action d'un ressort de rappel. Le tiroir allongé, creux, est sollicité par du carburant fourni par une pompe basse pression par l'intermédiaire de la chambre à ressort de rappel. Un point d'étranglement prévu dans le tiroir permet au carburant d'arriver dans la chambre de commande. Dès que la pression du carburant dans cette chambre dépasse une certaine valeur, le tiroir s'ouvre contre l'action du ressort de rappel et le carburant traverse le ti- roir pour arriver à la pompe haute pression à travers le per- çage de sortie ainsi libéré. L'ouverture de la soupape est soutenue en outre par un moteur électromagnétique agissant directement sur le tiroir. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de développer une telle soupape de dosage et concerne à cet effet une sou- pape de dosage caractérisée en ce que la soupape est un ti- roir de commande coulissant dans un perçage et ayant une rainure annulaire délimitée par deux zones en forme de piston cette rainure pouvant être reliée par une alimentation à la source basse pression et par une sortie à la pompe haute pression, la section de communication avec la sortie variant de façon croissante avec le déplacement du tiroir par un con- tour de commande formé sur l'une des zones de piston. La soupape de dosage selon l'invention fournit le carburant arrivant d'au moins une pompe basse pression à au moins une pompe haute pression. L'entraînement du tiroir est assuré par le carburant arrivant dans la première chambre de commande à travers une soupape d'étranglement ou à diaphragme du tiroir. Dans la seconde chambre de commande, il y a soit un ressort de rappel agissant sur le tiroir dans le sens de la fermeture; le tiroir peut également comporter une surface5 frontale active devant laquelle arrive une conduite de com- mande comportant une soupape d'étranglement, cette surface frontale étant plus petite que la surface frontale active de la première chambre de commande. Le tiroir longitudinal blo- que en position de fermeture le perçage de sortie avec l'un10 de ses segments de guidage cylindriques alors qu'il présente par rapport au perçage d'alimentation, une zone amincie, laissant une section de passage par rapport au perçage du ti- roir, section qui devient progressivement nulle en direction du segment de guidage.15 Cette soupape de dosage ne nécessite pas de mo- teur électromécanique, extérieur. L'entraînement du tiroir se fait uniquement par le carburant fourni par la pompe basse pression en amont. Le débit du carburant dans la soupape est commandé par une manoeuvre dirigée de la section suivant la course du tiroir. La course d'ouverture longue du tiroir com- binée à un contour favorable à l'écoulement du fluide dans la zone de section rétrécie permet de commander de manière pré- cise le flux du carburant avec de faibles pertes de charge. La course d'ouverture du tiroir liée à la varia- tion de la section d'écoulement est au moins double du double diamètre du perçage de sortie. Dans le cas o le perçage de sortie ne présente pas de section circulaire, on définit comme mesure de référence le diamètre théorique de la surface de la section, indépendamment de sa forme marginale. La soupape de régulation de débit permet d'ali- menter indépendamment plusieurs pompes à haute pression. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * le contour est formé par une surface conique adjacente d'un côté à la rainure annulaire et qui est formée par l'une des zones de piston; * le contour se compose de plusieurs cônes qui se rejoignent et ont des angles au sommet différents et/ou des parties de cylindre; * la section de la sortie présente une forme différente d'une forme circulaire; * le tiroir de commande est coulissé contre la force d'un ressort par un actionneur électrique; * l'actionneur est un électroaimant; * le tiroir de commande est déplacé par un moteur pas-à-pas; * le tiroir de commande délimite une chambre de commande dans le perçage central avec l'une de ses faces frontales, cham- bre de commande dans laquelle règne une pression de com- mande variable en fonction des paramètres de fonctionnement, cette pression agissant contre une force de rappel; * la commande de la pression de commande dans la chambre de commande se fait par une liaison permanente avec une pre- mière zone de pression à travers un organe d'étranglement et par un orifice de sortie commandé par une soupape à com- mande électrique en fonction des paramètres de fonctionne- ment, avec une seconde zone de pression dont le niveau de pression est différent de celui de la première zone de pression; * la force de rappel est créée par un ressort agissant sur le côté du tiroir de commande opposé à la chambre de com- mande; * la force de rappel est une force résultant de l'action d'une pression de référence sur une face frontale du côté du tiroir de commande opposé à la chambre de commande; * la face frontale opposée à la chambre de commande présente une surface plus petite que celle de la face frontale du tiroir de commande délimitant la chambre de commande et la pression de référence est la zone de pression ayant le ni- veau de pression le plus élevé parmi les différentes zones de pression; * le tiroir de commande est coulissé jusqu'à une butée par le ressort et dans cette position, il coupe la communication entre la rainure annulaire et la sortie; * l'alimentation est reliée en permanence à la rainure annu- laire; * la première zone de pression à laquelle est reliée la cham- bre de pression de commande est la source basse pression et la seconde zone de pression est une chambre de décharge. Description des dessins Un exemple de réalisation des dessins est repré- senté schématiquement et sera décrit ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 montre un schéma hydraulique d'une soupape de dosage chargée par un ressort de rappel ainsi que les cir- cuits reliés à la soupape, - la figure 2 est un schéma correspondant à celui de la fi- gure 1 d'un tiroir chargé hydrauliquement des deux côtés, - la figure 3 est une coupe des soupapes logées dans un corps de soupape. Description de l'exemple de réalisation Selon les figures 1 et 2, entre une pompe basse pression 1 et une pompe haute pression 2 on a une soupape à tiroir ou distributeur à tiroir à 2/2 voies 20 qui laisse passer le carburant fourni par la pompe basse pression 1 de façon dosée en fonction de la position du tiroir. La conduite d'alimentation 11 dérive en partant de la pompe basse pres- sion 1 vers une conduite de retour 12 passant par une soupape de limitation de pression 5. Cette dernière limite la pres- sion du liquide fourni par la pompe basse pression 1 à un ni- veau prédéterminé. La soupape à tiroir à 2/2 voies 20 possède deux positions de fin de course, une position de fermeture et une position passante entre lesquelles le tiroir peut prendre une position intermédiaire quelconque pour étrangler le flux de carburant. Pour cela, un côté du tiroir est soumis à l'action d'un ressort de rappel 65 agissant dans le sens de la ferme- ture et l'autre côté est exposé à une pression de commande transmise par une conduite de commande 13; cette pression de commande est étranglée par une soupape d'étranglement 70 équipant cette conduite de commande 13. Entre la soupape d'étranglement 66 et la soupape à tiroir à 2/2 voies 20 dé- rive une conduite de décharge 14 passant par un distributeur à 2/2 voies 70 à commande électromagnétique avec un retour. Le distributeur à 2/2 voies 70 présente par exemple une posi- tion de fermeture et une position d'ouverture; à l'état non alimenté, ce distributeur est maintenu en position de ferme- ture par un ressort de rappel. Le cas échéant, le débit à travers le distributeur peut également être commandé de façon proportionnelle à la course du distributeur. En fonction de la pression croissante de la pompe basse pression 1, la soupape à tiroir à 2/2 voies 20 s'ouvre de façon croissante dans la mesure o la pression de commande dans la conduite de commande 13 en aval de la soupape d'étranglement 66 n'est pas évacuée par le distributeur à 2/2 voies 70. Dans le schéma de la figure 2, le ressort de rap- pel 65 de la soupape à 2/2 voies 20 est remplacé par une con- duite de commande 16 équipée d'une soupape d'étranglement 17, intégrée. En même temps la surface frontale active 51' du ti- roir de commande 50', du côté de la conduite de commande 16, est plus petite que la surface frontale 52' exposée à la con- duite de commande 13 de sorte que la soupape à 2/2 voies 20, est commandée par une différence de pression au moins lorsque le distributeur à tiroir à 2/2 voies est fermé. Dans cette variante, la construction de la sou- pape est plus simple car on supprime le ressort de rappel 65 et ses moyens de réglage et de fixation. Les charges appli- quées à l'actionnement électromagnétique du distributeur à 2/2 voies 70 sont également plus réduites. La figure 3 montre un corps de soupape 21 avec un perçage central 22 recevant un tiroir longitudinal 50; dans ce perçage débouchent entre autres un perçage d'alimentation 31, un perçage de sortie 33 et un perçage de commande 32. En amont du perçage d'alimentation 31 et du perçage de commande 32, on a de façon juxtaposée, un branchement d'alimentation 41 et un branchement de retour 41. Les deux branchements 41, 42 sont reliés à l'intérieur du corps de soupape 21 par un canal 37. La conduite d'alimentation 11 selon la figure 1 est reliée au branchement d'alimentation 41. La conduite de re- tour 12 est reliée au branchement de retour 42. Dans le perçage de commande 32 qui correspond à la conduite de commande 13 de la figure 1 se trouve la sou- pape d'étranglement 66. Elle est par exemple réalisée comme vis avec un perçage d'étranglement central. Le perçage de commande 32 débouche dans la chambre de commande 23 dans laquelle pénètre également un perçage formant siège 28 dans lequel est vissée une électrovanne 70.10 L'électrovanne 70 correspond au distributeur à 2/2 voies de la figure 1. Le fond du perçage 28 est relié par un perçage de liaison 36 à l'autre chambre de commande 24. Un perçage de retour 34 est issu du perçage de commande 24; ce perçage de retour arrive dans le corps de soupape 21 dans le branchement de retour 43. Ce branchement correspond à la con- duite de décharge 14 de la figure 1 et rejoint le réservoir. Le ressort de rappel 65 est logé dans la chambre de commande 24; ce ressort appui le tiroir 50 par un couver- cle de boîtier 46 lissé dans le corps de soupape 21. Dans l'exemple de réalisation, le tiroir longitu- dinal 50 comporte un corps essentiellement cylindrique qui se termine par une tête 59 de diamètre agrandi dans la chambre de commande 24 pour recevoir le ressort de rappel 65. Le corps comporte deux zones de guidage cylindriques 53, 54, qui s'appuient de manière étanche en coulissement dans le perçage central. Lorsque la soupape 20 est en position de blocage, les zones de guidage 53, 54 se trouvent de part et d'autre du perçage d'alimentation 31 et la zone de guidage 53 ferme le perçage de sortie 33. Entre les deux zones 53, 54, le tiroir 50 a une forme de rainure annulaire. La rainure annulaire 60 est cylindrique avec une zone partielle adjacente à la zone de guidage 54. A cet endroit, le tiroir 50 présente son dia- mètre le plus petit. Cette zone cylindrique se poursuit par exemple par trois segments 61-63 tronconiques, juxtaposés; chacun des segments tronconiques présente une conicité diffé- rente. Le premier segment 61 a l'angle au sommet le plus pe- tit alors que le troisième segment à l'angle au sommet le plus grand. Ce segment 63 est pratiquement cylindrique. Du fait du contour de la rainure annulaire 60, la communication hydraulique entre le perçage d'alimentation 31 et le perçage de sortie 33 s'ouvre en étant étranglée fortement. Il est clair que l'on peut également choisir d'autres formes pour que l'étranglement puisse évoluer le cas échéant de manière linéaire ou progressive en fonction de la course. Il est pos- sible pour mieux guider l'écoulement, de lisser le profil du contour entre le segment de guidage 53 et le point correspon- dant à la section plus petite du tiroir et d'avoir des tran- sitions continues. On peut également influencer l'effet d'étranglement en manoeuvrant l'embouchure, du perçage de sor- tie 33 dans le perçage central 22 par exemple par une encoche appropriée. Dans le cas de la figure 3, le tiroir 50 occupe la position de fermeture. La pompe à haute pression ne reçoit alors aucun carburant. Si l'on ouvre complètement tiroir 50 contre l'action du ressort de rappel, le débit maximum volu- mique traverse les orifices d'alimentation et d'évacuation 31, 32. Ce débit est une fonction de la pression d'alimentation du carburant fourni par la pompe basse pres- sion 1, de la section des per,çages 31, 32 ainsi que de la section de passage dans la rainure 60 du tiroir 50. La soupape de dosage s'ouvre lorsque l'électroaimant 70 est fermé dès que le carburant qui arrive dans la chambre de commande 23 à travers la soupape d'étranglement 66 établit une pression qui, multipliée par la surface frontale active 51, donne une force supérieure à la force développée par le ressort de rappel 65. La dureté du ressort peut avoir une caractéristique linéaire progressive ou dégressive. La pression du carburant dans la chambre de commande 23 est régulée par l'électrovanne 70. La soupape d'étranglement 66 peut également être réalisée sous la forme d'une encoche, d'un méplat ou autres dans la zone de guidage 54 du tiroir 50. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Soupape de dosage pour l'alimentation en carburant d'une pompe haute pression à partir d'une source basse pression, pour alimenter la chambre de carburant à haute pression d'un système d'injection de carburant pour des moteurs à combus- tion interne, comprenant une soupape (50) déplacée en fonc- tion des paramètres de fonctionnement, caractérisée en ce que - la soupape est un tiroir de commande (50) coulissant dans un perçage (22) et ayant une rainure annulaire (61) délimi- tée par deux zones en forme de piston (53, 54), cette rai- nure pouvant être reliée par une alimentation (25) à la source basse pression et par une sortie (26) à la pompe haute pression, - la section de communication avec la sortie (26) variant de façon croissante avec le déplacement du tiroir (50) par un contour de commande (61, 62, 63) formé sur l'une (53) des zones de piston. 2 ) Soupape de dosage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le contour est formé par une surface conique (61, 62, 63) ad- jacente d'un côté à la rainure annulaire (60) et qui est for- mée par l'une des zones de piston (53, 54). 3 ) Soupape de dosage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le contour se compose de plusieurs cônes qui se rejoignent et ont des angles au sommet différents et/ou des parties de cy- lindre. 4 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 2 et 3, caractérisée en ce que la section de la sortie (33) présente une forme différente d'une forme circulaire. ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le tiroir de commande est coulissé contre la force d'un res- sort (65) par un actionneur électrique. 6 ) Soupape de dosage selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'actionneur est un électroaimant. 7 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que le tiroir de commande est déplacé par un moteur pas-à-pas. 8 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce que le tiroir de commande délimite une chambre de commande (23) dans le perçage central (22) avec l'une de ses faces fronta- les (51), chambre de commande dans laquelle règne une pres- sion de commande variable en fonction des paramètres de fonctionnement, cette pression agissant contre une force de rappel. 9 ) Soupape de dosage selon la revendication 8, caractérisée en ce que la commande de la pression de commande dans la chambre de commande (23) se fait par une liaison permanente avec une première zone de pression à travers un organe d'étranglement (66) et par un orifice de sortie (35) commandé par une sou- pape à commande électrique (70) en fonction des paramètres de fonctionnement, avec une seconde zone de pression dont le ni- veau de pression est différent de celui de la première zone de pression. ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 8 ou 9, caractérisée en ce que la force de rappel est créée par un ressort (65) agissant sur le côté du tiroir de commande (50) opposé à la chambre de commande (23). 11 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 8 ou 9, caractérisée en ce que la force de rappel est une force résultant de l'action d'une pression de référence sur une face frontale (51, 51') du côté du tiroir de commande (50, 50') opposé à la chambre de com- mande. 12 ) Soupape de dosage selon la revendication 11, caractérisée en ce que la face frontale (51') opposée à la chambre de commande pré- sente une surface plus petite que celle de la face frontale (52') du tiroir de commande (50') délimitant la chambre de commande et la pression de référence est la zone de pression ayant le niveau de pression le plus élevé parmi les différen- tes zones de pression. 13 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 5 ou 10, caractérisée en ce que le tiroir de commande (50) est coulissé jusqu'à une butée par le ressort (65) et dans cette position, il coupe la communi- cation entre la rainure annulaire (60) et la sortie (33) 14 ) Soupape de dosage selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'alimentation (31, 41) est reliée en permanence à la rainure annulaire (60). 15 ) Soupape de dosage selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 12, caractérisée en ce que il la première zone de pression à laquelle est reliée la chambre de pression de commande (23) est la source basse pression et la seconde zone de pression est une chambre de décharge.