Brevet FR2762363A1 — publié le 19981023

L'invention concerne une soupape à commande électromagnétique possédant un siège et un obturateur qui comprend une tige, formant une partie de guidage pourvue d'un épaulement et par laquelle la soupape est disposée axialement mobile et guidée dans un guide-soupape, ainsi qu'une tête discoïde qui s'applique contre le siège à la position fermée de la soupape, en définissant un diamètre de siège hydrauliquement efficace, de même qu'un disposi- tif de commande électromagnétique et un ressort, par les- quels la soupape peut être amenée aux positions extrêmes, avec formation, entre l'épaulement de la partie de gui- dage et la tête de soupape, d'une chambre de pilotage ou de pression dans laquelle débouche un perçage d'arrivée de carburant sous pression et des forces hydrauliques agissent sur l'épaulement et la tête de soupape. Une soupape de ce type générique, faisant par- tie d'un dispositif d'injection, est connue par le docu- ment DE 34 06 198 C2. Cette soupape, à commande électro- magnétique, possède un siège, une tige avec une partie de guidage, une tête de soupape, un dispositif de commande électromagnétique et un ressort. La soupape est disposée axialement mobile et guidée par la partie de guidage dans un guide-soupape. Le dispositif de commande et le ressort amènent la soupape aux positions extrêmes. A la position fermée de la soupape, sa tête discoide est appliquée contre le siège. La partie de guidage présente un épaule- ment et une chambre de pilotage ou de pression est formée entre cet épaulement et le siège. Un perçage d'arrivée de carburant sous pression débouche dans cette chambre, dans laquelle des forces hydrauliques agissent sur l'épaule- ment et la tête de la soupape. Cette soupape connue a l'inconvénient que les conditions hydrauliques dans la chambre de pression changent dans le sens d'un déséquilibre avec la durée du temps de service de la soupape. Par suite de l'usure, la tête de soupape s'enfonce davantage dans le siège, avec le résultat que le diamètre de siège hydrauliquement ef- ficace et, par conséquent, la force hydraulique agissant sur la tête augmentent considérablement, de sorte que la soupape s'ouvre plus tôt ou, dans des cas extrêmes, qu'elle s'ouvre intempestivement lors d'un processus d'injection. Pour l'arrière-plan technique général, on peut se reporter également au document DE 30 06 576 C2. Le but de l'invention est de réaliser une sou- pape du type défini au début, de manière que des fonc- tions optimales de fermeture et d'ouverture de la soupape soient garanties pendant toute sa durée de service. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le diamètre de siège hydraulique- ment efficace de la soupape est limité, de manière que les forces hydrauliques agissant sur l'épaulement de la partie de guidage et la tête de soupape à la position fermée de la soupape soient essentiellement en équilibre. Un avantage essentiel de l'invention consiste en ce que les forces hydrauliques dans la chambre de pression sont essentiellement en équilibre en raison de la limitation du diamètre de siège hydrauliquement effi- cace et que, ainsi, la force magnétique du dispositif de commande, responsable de l'établissement de la position fermée de la soupape, peut être conçue plus faible. L'ou- verture indésirée de la soupape dans la phase de ferme- ture est empêchée efficacement. L'usure par abrasion sur le siège par des particules transportées par le carbu- rant, n'a que des effets négligeables sur les fonctions de fermeture et d'ouverture de la soupape. Les conditions hydrauliques dans la chambre de pression restent à peu près égales, même au cours d'une longue durée de service de la soupape. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de deux exemples de réalisation non limita- tifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale schématique d'une soupape à commande électromagnétique, semblable à celle décrite dans le document DE 34 06 198 C2 et qui définit le type générique de soupape dont il est question ici, la soupape étant représentée en position fermée et possédant un siège et un obturateur dont la tête est ap- pliquée contre le siège en définissant un diamètre de siège hydrauliquement efficace, de même qu'un ressort et un dispositif de commande électromagnétique; - la figure 2 représente un premier exemple de réalisation de l'invention par une coupe axiale partielle d'une soupape à commande électromagnétique, exemple dans lequel, conformément à l'invention, le diamètre de siège hydrauliquement efficace est limité par la géométrie de l'obturateur; et - la figure 3 représente un second exemple de réalisation par une coupe axiale analogue, mais dans le- quel le diamètre de siège hydrauliquement efficace est limité, conformément à l'invention, par la géométrie du siège. Les figures 1 à 3 montrent schématiquement trois soupapes à commande électromagnétique, désignées respectivement par 1, 11 et 12, la partie supérieure des figures représentant chaque fois la soupape à l'état neuf, tandis que la partie inférieure montre la soupape après un certain temps de service. Des pièces identiques ou analogues sont désignées par les mêmes références dans les différentes figures. La figure 1 représente une soupape 1 du type générique à la base de l'invention, qui est montée dans un corps 2, par exemple d'une pompe d'injection de carbu- rant, et possède un siège 3 et un obturateur 4. Ce der- nier comprend une tête discoïde 5 et une tige 6 avec une partie de guidage 7 formant un épaulement 8. La soupape 1 (plus exactement son obturateur 4) est disposée axiale- ment mobile et guidée par la partie de guidage 7 dans un guide-soupape 9 du corps 2 et peut être ouverte ou fer- mée. A la position fermée de la soupape 1, sa tête 5 est appliquée de façon étanche contre le siège 3 en définissant un diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff.- La soupape 1 peut être amenée à ses positions extrêmes, c'est-à-dire à la position ouverte ou la posi- tion fermée, par un dispositif de commande électromagné- tique 10 et un ressort 11, le premier agissant dans la direction de fermeture 12 et le second dans la direction d'ouverture 13 de la soupape 1. Entre l'épaulement 8 de la partie de guidage 7 et la tête 5, est formée une chambre de pression 14 dans laquelle débouche un perçage 15 d'arrivée de carburant sous pression, qui est raccordé à une pompe d'injection. La pression établie dans la chambre 14, exerce une force hydraulique Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 sur la tête de soupape 5 et une force hydraulique Ff hydr. dans la direction de fermeture 12 de la soupape 1 sur l'épaulement 8. Dans l'état idéal de la soupape 1, qui est en l'occurrence son état neuf, le diamètre de siège hydrauliquement effectif dhydr. eff. correspond au dia- mètre D de l'alésage guide-soupape 9, de sorte que les forces hydrauliques Fo hydr. et Ff hydr. dans la chambre 14 sont en équilibre. La force hydraulique Ff hydr., agissant dans la direction de fermeture 12 de la soupape 1 sur l'épaulement 8, correspond, dans cet état idéal, exacte- ment à la force hydraulique Fo hydr. qui agit dans la di- rection d'ouverture 13 de la soupape 1 sur la tête 5, étant entendu que la force hydraulique Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 dépend du diamètre de siège hy- drauliquement efficace dhydr. eff. et que la force hydrau- lique Ff hydr. dans la direction de fermeture 12 dépend du diamètre D du guide-soupape 9. Lors de la fermeture, la soupape 1, axialement mobile, est déplacée par la force magnétique Fm du dispo- sitif de commande électromagnétique 10 - à l'encontre de la force Fr du ressort d'ouverture 11 - dans la direction de fermeture 12, de sorte que la tête 5 est appliquée contre le siège 3. Lors du mouvement d'ouverture de la soupape 1, le ressort 11 produit le déplacement de la soupape 1 en sens contraire, c'est-à-dire dans la direc- tion d'ouverture 13, ce qui écarte la tête 5 du siège 3. A mesure que progresse l'usure du siège surtout et que la tête 5 s'enfonce davantage dans le siège 3, ce qui s'accompagne de l'élargissement de ce dernier avec la prolongation du temps de service de la soupape 1, ainsi que le montre la partie inférieure de la figure 1, le rapport des forces hydrauliques Fo hydr.: Ff hydr. et par suite le bilan global des forces agissant sur la soupape 1, changent. L'élargissement du siège de la soupape 1 conduit à un agrandissement du diamètre de siège hydrau- liquement efficace dhydr. eff., comme le montre la figure 1. Il en découle une force hydraulique résultante Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 de la soupape 1. Cette force résultante Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 vient s'ajouter à la force de ressort Fr qui s'oppose à la force magnétique Fm responsable de la fermeture de la soupape, avec le résultat que la soupape s'ouvre prématu- rément. En cas d'utilisation de la soupape 1 dans une pompe d'injection, il en découlerait une ouverture préma- turée lors d'un processus d'injection. Déjà un faible agrandissement du diamètre de siège hydrauliquement effi- cace dhydr. eff. a pour conséquence que la force de res- sort Fr et la force hydraulique Fo hydr., agissant toutes deux dans la direction d'ouverture 13, dépassent la force magnétique Fm. Dans le but d'empêcher que la force hydraulique Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 augmente trop fortement à mesure que se prolonge le temps de service de la soupape, de sorte qu'il deviendrait nécessaire d'aug- menter la force magnétique Fm responsable de la fermeture si l'on veut assurer le fonctionnement irréprochable de la soupape 1, l'invention prévoit la limitation forcée du diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff.* Dans le cas idéal, la limitation produit un équilibre entre les forces hydrauliques Fo hydr. et Ff hydr. dans la chambre de pression 14, de sorte que le déplacement de l'obturateur 4 est produit seulement par la force de res- sort Fr et la force magnétique Fm. En dehors d'une telle situation idéale, la limitation du diamètre de siège hy- drauliquement efficace a pour effet que la force hydrau- lique Fo hydr. dans la direction d'ouverture 13 entre dans une zone noncritique et que, par conséquent, il n'y a pas d'ouverture intempestive de la soupape. Ainsi que le montrent les figures 2 et 3, le diamètre de siège hydrau- liquement efficace dhydr. eff. peut être limité par la géométrie de l'obturateur 4 ou par celle du siège 3. La figure 2 montre la limitation du diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff. par la géomé- trie de l'obturateur 41. Une réduction du diamètre exté- rieur dal de la tête de soupape 51 au droit du siège 31, conduit forcément, contrairement au diamètre extérieur da de la tête de soupape 5 selon la figure 1, à une limitation du diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff., de telle sorte que les forces Fo hydr. et Ff hydr., agissant respectivement sur la tête 51 et l'épaulement 8 de la partie de guidage 7 à la position fermée de la sou- pape 11, sont essentiellement égales. Le diamètre de siège dhydr. eff. reste à peu près le même pendant toute la durée de service de la soupape 11. Comme autre possibilité pour limiter le dia- mètre de siège hydrauliqueent efficace dhydr. eff. d'une soupape, on pourrait concevoir une soupape dont la zone de fermeture étanche de l'obturateur serait définie par un rayon extérieur, donc par une ligne circulaire. Partant d'une position initiale hydrauliquement non- idéale, mais néanmoins non-critique (état neuf de la soupape), après une certaine usure et un enfoncement de l'obturateur dans son siège au cours du temps de service, on obtiendrait ainsi une diminution du diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff. puisque l'obturateur s'enfonce davantage à l'intérieur du siège, ce qui se traduit par une amélioration des conditions hydrauliques. Le diamètre de siège dhydr. eff. possède sa valeur maxi- male à l'état neuf et cette valeur est choisie pour qu'elle se trouve encore dans la zone non-critique, c'est-à-dire dans une zone o la force hydraulique Fo hydr. ne produit pas encore une ouverture intempestive de la soupape par son action sur la tête de celle-ci. Dans l'exemple selon la figure 3, la limitation du diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff. est assurée par la géométrie du siège 32. A l'état neuf, la soupape 12 s'applique par un diamètre de siège dhydr. eff. légèrement plus grand contre une arête saillante 16 du siège 32, mais ce diamètre se trouve encore dans la zone non-critique. A mesure que le temps de service de la soupape 12 augmente, le siège 32 se creuse vers l'exté- rieur et vers l'intérieur, avec le résultat que le dia- mètre de siège dhydr. eff. reste inchangé donc non-cri- tique. La force hydraulique Fo hydr. agissant à la posi- tion fermée de la soupape 12 sur la tête de soupape 52, ne dépasse que de peu la force hydraulique Ff hydr. agis- sant sur l'épaulement 8 de la partie de guidage 7 et ne provoque pas d'ouverture indésirée de la soupape 12 dans la phase de fermeture. Comme possibilité supplémentaire pour limiter le diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydr. eff. par la géométrie du siège, on pourrait concevoir un col- let sur le corps en tant que siège de soupape, de sorte que la soupape ne pourrait agir sur et user une surface restreinte au collet, ce qui limiterait le diamètre de siège dhydr. eff.- De plus, le diamètre de siège hydrauliquement efficace dhydre. eff. pourrait être limité par la géomé- trie de l'obturateur ou du siège, de manière qu'il cor- responde au diamètre D du guide-soupape 9. REVENDICATIONS 1. Soupape à commande électromagnétique possé- dant un siège et un obturateur qui comprend une tige, formant une partie de guidage pourvue d'un épaulement et par laquelle la soupape est disposée axialement mobile et guidée dans un guide-soupape, ainsi qu'une tête discoide qui s'applique contre le siège à la position fermée de la soupape, en définissant un diamètre de siège hydraulique- ment efficace, de même qu'un dispositif de commande élec- tromagnétique et un ressort, par lesquels la soupape peut être amenée aux positions extrêmes, avec formation, entre l'épaulement de la partie de guidage et la tête de sou- pape, d'une chambre de pilotage ou de pression dans la- quelle débouche un perçage d'arrivée de carburant sous pression et des forces hydrauliques agissent sur l'épau- lement et la tête de soupape, caractérisée en ce que le diamètre de siège hydrauliquement efficace (dhydr. eff.) de la soupape (11, 12) est limité, de manière que les forces hydrauliques (Fo hydr, Ff hydr-) agissant sur l'épaulement (8) de la partie de guidage (7) et la tête de soupape (51, 52) à la position fermée de la soupape (11, 12) soient essentiellement en équilibre. 2. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de siège hydrauliquement efficace (dhydr. eff.) est limité par la géométrie de l'obturateur (41). 3. Soupape à commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de siège hydrauliquement efficace (dhydr. eff.) est limité par la géométrie du siège (32)- 4. Soupape à commande électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le diamètre de siège hydrauliquement efficace (dhydr. eff.) correspond au diamètre (D) du guide-soupape (9).