Brevet FR2781529A1 — publié le 20000128

Etat de la technique: L'invention concerne un injecteur de carburant équipé d'une soupape de commande amont comprenant une pre- mière partie de boîtier qui forme une cuvette avec des parois parallèles à un axe; une seconde partie de boîtier avec un segment d'engagement qui s'introduit par une liaison de forme dans la cuvette jusqu'à une position de consigne; les par- ties de boîtier délimitent l'une avec l'autre une chambre dans laquelle un organe d'obturation de soupape peut coulis- ser entre une position fermée pour laquelle il est appliqué contre un siège de la soupape de commande amont et une posi- tion ouverte, par coulissement le long de l'axe dans la cham- bre; la course de l'organe d'obturation entre la position fermée et la position ouverte étant fixée par la position de consigne. Les injecteurs de carburant ont de façon habi- tuelle une chambre de commande reliée en permanence par un organe d'étranglement à une source de carburant à haute pres- sion. Lorsque la pression de commande régnant dans la chambre de commande est trop élevée, un organe d'obturation de l'injecteur de carburant reste en position de fermeture. La chambre de commande peut se décharger par l'intermédiaire d'un second organe d'étranglement commandé par une soupape de commande amont. Dès que la soupape de commande amont ouvre le second organe d'étranglement, la chambre de commande se décharge et l'organe d'obturation passe en position d'ouver- ture, ce qui permet l'injection. Lorsque la soupape de com- mande amont ferme de nouveau le second organe d'étranglement, la montée en pression dans la chambre de commande conduit de nouveau l'organe d'obturation en position de fermeture. La rapidité, la précision et la reproductibilité du mouvement d'ouverture et du mouvement de fermeture de la soupape de commande amont ont une importance significative pour la qua- lité de l'injection de carburant. Les soupapes de commande amont possédant de tel- les propriétés de façon suffisante ou permettant un réglage approprié ont une construction compliquée, car ces soupapes se composent d'un grand nombre de pièces, si bien que leur assemblage et leur ajustage demandent beaucoup de temps. Ainsi, la soupape de commande amont, connue, re- présentée à la figure 4, comprend deux parties de boîtier 1, 2. La seconde partie 2 est engagée dans une cavité en forme de cuvette de la première partie 1. Un écrou chapeau 33 main- tient pressées l'une contre l'autre les deux parties de boî- tier dans la direction de l'axe longitudinal z-z de la soupape de commande amont. Le fond de la cavité comporte un taraudage recevant le fond du siège de soupape 3 de la sou- pape de commande amont. Il est relié par deux organes d'étranglement 4 et 5 et la chambre de commande intermédiaire 6 de l'injecteur à un ajutage d'entrée 7 recevant le carbu- rant d'une pompe à haute pression. Un organe d'obturation d'injecteur 9 est guidé par un disque formant induit 8 entre une position fermée pour laquelle l'organe d'obturation 9 est appliqué contre le siège 3 et une position ouverte; la course entre ces deux posi- tions est définie par l'épaisseur de la rondelle d'écartement 10 pincée entre le fond du taraudage et la rondelle formant induit. Un noyau magnétique 11 est logé dans le second boîtier 3; il comporte une bobine 12 pour générer un champ magnétique. Dans la chambre 13 délimitée en commun par les deux parties de boîtier 1, 2, il y a une plaque d'induit 14 solidarisée à l'organe d'obturation de soupape 9, tourné vers le noyau magnétique 11. Entre la plaque d'induit et le noyau magnétique, il doit subsister un entrefer à la fois en posi- tion ouverte et en position de fermeture de la soupape de commande amont. La largeur de cet entrefer est définie par l'épaisseur d'une rondelle d'écartement 15 placée entre les parois de la seconde partie de boîtier et le fond de la cavi- té de la première partie de boîtier. La rondelle d'écartement reçoit la force d'application de l'écrou chapeau 33 et pour cette raison, elle ne doit être ni élastique, ni souple. Il est difficile de réaliser en série toutes les pièces de la soupape de commande amont, connues, pour que les soupapes ainsi fabriquées présentent un comportement de com- mutation reproductible, souhaité. Une soupape de commande amont qui ne présente pas le comportement de commutation sou- haité est très difficile à ajuster, car il faut alors de nou- veau démonter la soupape et remplacer le cas échéant les5 rondelles d'écartement 10, 15. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un injecteur équipé d'une soupape de commande amont caractérisé en ce que le seg- ment d'engagement est bloqué dans la position de consigne sur les parois de la cuvette, parallèles à l'axe. L'injecteur présente l'avantage par rapport à l'état de la technique d'un nombre réduit de pièces et d'une simplification de l'assemblage. De plus, on peut tester la soupape de commande amont et le cas échéant l'ajuster avant d'effectuer l'assemblage définitif. Comme le blocage des deux parties de boîtier l'une par rapport l'autre se fait sur les parois parallèles à l'axe, les rondelles d'écartement sont négligeables et leur rôle consiste simplement à agir dans la direction de l'axe et fournir la résistance à la force qui maintient réunies les parties de boîtier. De façon avantageuse, on peut avoir un anneau in- termédiaire entre une collerette de la seconde partie de boî- tier et le bord de la cuvette. L'anneau intermédiaire peut au moins se comprimer dans une faible mesure dans la direction de l'axe et lors de l'engagement des parties de boîtier l'une dans l'autre, cet anneau forme une butée à proximité de la- quelle se trouve la position de consigne. Le blocage des parties de boîtier l'une par rap- port à l'autre peut se faire par un procédé qui n'autorise pas une nouvelle séparation des parties de boîtier, par exem- ple un assemblage réalisé par sertissage, soudage au laser, soudage par induction ou procédé analogue. On simplifie notamment la construction si le siège de soupape est prévu au fond d'un perçage borgne dont les parois intérieures guident la translation de l'élément d'obturation pratiquement sans jeu. Il est intéressant dans ces conditions que l'élément d'obturation comporte dans sa surface enveloppe, au moins une surface plane ou une rainure s'étendant axialement et formant un canal pour le passage du carburant du siège de soupape en direction d'une sortie de la soupape de commande amont. Un ressort spirale agissant sur l'élément d'obturation dans le sens de la fermeture, est avantageuse- ment enserré axialement dans un perçage de la seconde partie de boîtier, entre l'élément de fermeture et un appui. L'appui est formé de préférence par un manchon introduit dans le per- çage par une liaison de forme et se bloquant axialement contre les parois intérieures du perçage. Le blocage du manchon peut également se faire par matage ou sertissage, soudage au laser, soudage par induction ou procédé analogue et il est intéressant qu'à cet effet le perçage soit prolongé par un manchon tubulaire et que le blo- cage axial du manchon se fasse à hauteur du manchon tubu- laire. Pour fixer exactement l'entrefer entre un noyau magnétique logé dans la seconde partie de boîtier et une pla- que d'induit reliée solidairement à l'élément d'obturation, il est particulièrement avantageux qu'une partie de la plaque d'induit ne soit pas en regard du noyau magnétique, mais d'un segment de la seconde partie de boîtier et que ce segment et la plaque d'induit soient formés pour maintenir ouvert un en- trefer entre le noyau magnétique et la plaque d'induit lors- que le segment arrive en contact avec la plaque d'induit. Pour cela, le segment peut venir en saillie au-delà de la surface supérieure du noyau magnétique tourné vers la plaque d'induit ou inversement la plaque d'induit peut avoir une zone venant en saillie par rapport à ce segment. De manière préférentielle, le segment entoure de façon annulaire le noyau magnétique. Dessins: La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'une soupape de commande amont selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective de l'organe d'obturation de la soupape de commande amont de la figure 1, - la figure 3 est une vue à échelle agrandie d'un détail de la figure 1, la figure 4 est une coupe axiale d'une soupape de commande amont, connue. Description d'un exemple de réalisation: La figure 1 montre la partie supérieure d'un in- jecteur de carburant équipé d'une soupape de commande amont, en coupe axiale selon l'invention. Les éléments de la soupape de commande amont qui correspondent à ceux de la soupape de commande amont déjà décrite ci-dessus portent les mêmes réfé- rences. Le boîtier de la soupape de commande amont com- prend une partie inférieure de boîtier 1 reliée en une seule pièce à l'injecteur. La première partie de boîtier forme au niveau de sa zone supérieure, une cuvette cylindrique avec des parois 16 parallèles à l'axe longitudinal z-z de l'injecteur; dans ces parois est engagé un segment d'enfichage 17 de la seconde partie de boîtier par une liai- son de forme pour que les deux parties de boîtier délimitent une chambre 13. La chambre 13 est reliée à un ajutage d'entrée de carburant 7 par un premier organe d'étranglement 4, une chambre de commande 6 de l'injecteur et un second or- gane d'étranglement 5; le second organe d'étranglement 5 dé- bouche au fond d'un perçage borgne 18 qui s'étend vers le bas à partir du fond de la chambre 13. Un perçage traversant 19 est aligné sur le perçage borgne 18 en traversant un noyau magnétique 11 intégré dans la seconde partie de boîtier 2 et débouchant dans un manchon tubulaire 20 du côté supérieur de la seconde partie de boîtier 2. Un organe d'obturation de soupape 9 est guidé dans le perçage borgne 18 essentiellement sans jeu entre une position ouverte et une position de fermeture; dans cette dernière, l'organe d'obturation s'applique contre le siège de soupape 3. L'organe d'obturation 9 est réalisé à partir d'une aiguille de roulement à aiguille par meulage ou frai- sage d'un canal 21 sous la forme d'une surface plane ou d'une rainure. Une plaque d'induit 14 est fixée à l'organe d'obturation 9; cette plaque s'étend pratiquement sur toute la section de la chambre 13. La figure 2 montre en perspective le montage for- mé de l'organe d'obturation 9 et de la plaque d'induit 14. La plaque d'induit présente au niveau de sa surface supérieure tournée vers la seconde partie de boîtier, perpendiculaire- ment à l'axe z-z, deux zones planes 22, 23; la zone exté- rieure 22 dépasse de la zone intérieure 23 d'environ d = 50 pm en direction de la seconde partie de boîtier. Cela appa- raît le plus clairement à la figure 3 qui montre à échelle agrandie le détail portant la référence III à la figure 1. Le rayon de la zone intérieure 23 correspond à celui du noyau magnétique 11 inséré dans une cavité de la seconde partie de boîtier pour que sa surface extérieure tournée vers la cham- bre 13 soit à niveau avec le segment 36 radial périphérique de la seconde partie de boîtier. Le débordement (d) définit ainsi la largeur de l'entrefer entre la plaque d'induit et le noyau magnétique lorsque la soupape de commande amont est en position d'ouverture. Dans le perçage 19 entre l'organe d'obturation de soupape 9 et un manchon 24, on a enserré sous pression un ressort spirale 25. Les broches de contact pour l'alimentation élec- trique de la bobine du noyau magnétique 11 traversent la se- conde partie de boîtier et dépassent au niveau du côté supérieur, à proximité de l'embout tubulaire 20. Un capuchon 26 avec un orifice traversant pour le manchon tubulaire 20 est rabattu par dessus le côté supérieur de la seconde partie de boîtier 2 et s'accroche dans une rainure périphérique 27 de la paroi 16 de la première partie de boîtier. Un élément de liaison par enfichage 28 intégré dans le capuchon 26 est en contact de conduction avec les broches de contact 29. Un second capuchon 30 est engagé sur l'extrémité de l'embout tubulaire 20 et est accroché dans une rainure pé- riphérique 31 de celui-ci pour réaliser la liaison avec la conduite de retour de carburant. Lorsque la soupape de commande amont est en posi- tion de repos, le ressort spirale 25 presse l'organe d'obturation 9 contre le siège de soupape 3 pour que la sou- pape de commande amont soit fermée. Lorsqu'on alimente élec- triquement la bobine du noyau magnétique, la bobine exerce une force d'attraction magnétique sur la plaque d'induit 14, de sorte que l'organe d'obturation 9 se soulève du siège 3. Après une course (voir figure 3) d'environ 50 pm, la zone ex- térieure 22, en saillie de la plaque d'induit 14 bute contre le segment opposé 36 de la seconde partie de boîtier et défi- nit ainsi la position ouverte de la soupape de commande amont. L'entrefer qui subsiste dans ces conditions entre la zone intérieure 23 et le noyau magnétique 11 est important pour éviter qu'après la coupure du courant d'excitation, la plaque d'induit 14 reste accrochée au noyau magnétique à cause de l'aimantation résiduelle, et présente ainsi une du- rée d'ouverture plus longue que souhaité pour la soupape. La seconde partie de boîtier est réalisée pour cette raison en une matière non magnétique. Lorsque la soupape est ouverte, le carburant passe de la chambre de commande 6 à travers le second organe d'étranglement 5 tout d'abord dans la zone inférieure du per- çage borgne 18. Comme l'organe d'obturation 9 est guidé pra- tiquement sans jeu dans le perçage borgne 18, le canal 21 est nécessaire pour que le carburant qui arrive par l'organe d'étranglement 5 puisse s'échapper à travers la chambre 13 et le perçage 19. Lorsqu'on assemble la soupape, il est extrêmement important que la seconde partie de boîtier soit conduite exactement jusqu'à une position de consigne correspondant à la course souhaitée pour l'organe d'obturation 9 dans la cuvette formée par les parois 16. Pour cela, il est par exem- ple possible d'engager la seconde partie de boîtier 2 jusqu'à une profondeur dans la cuvette qui correspond sensiblement à la position de consigne; dans cet état, on mesure le compor- tement de commutation de la soupape et on adapte le cas échéant la profondeur d'engagement jusqu'à ce que la soupape possède le comportement de commutation souhaité et ait ainsi atteint la position de consigne. Après le réglage de la posi- tion de consigne, bloque les deux parties de boîtier par leurs parois qui se touchent et qui sont parallèles à l'axe d'engagement z-z; cela se fait par exemple par matage ou sertissage, soudage au laser, soudage par induction ou autres techniques appropriées. Ces techniques qui réalisent une liaison définitive des parties du boîtier peuvent s'utiliser ici, car dans la mesure o le réglage de la position de consigne est correct, il n'est plus nécessaire de démonter de nouveau la soupape de commande amont pour en effectuer l'ajustage. Ce blocage se fait avantageusement dans la rai- nure périphérique 27 d'une part, car cette rainure est la plus mince et ainsi la zone de la paroi 16 la plus facile à usiner et d'autre part, car un travail de blocage effectué dans la rainure laisse des traces extérieures à peine percep- tibles sur le boîtier de la soupape de commande amont. Lors de l'assemblage, on peut utiliser avantageu- sement une bague intermédiaire élastique 34 placée entre le bord supérieur des parois 16 et une collerette 35 de la se- conde partie de boîtier. L'épaisseur de la bague est dimen- sionnée pour que lorsqu'on engage la seconde partie de boîtier, peu avant d'atteindre la position de consigne prévi- sible, le bord supérieur des parois 16, l'anneau 36 et la collerette 35 arrivent en contact. Puis en comprimant la pre- mière et la seconde partie de boîtier, on peut régler facile- ment la profondeur d'engagement en réglant une force de compression agissant sur l'anneau, ce qui permet à l'ajustage de la soupape de commande préalable de trouver la position de consigne. Une autre étape d'assemblage de la soupape de commande amont selon l'invention est le blocage du manchon 24 à l'intérieur du manchon tubulaire 20. Avant le blocage, en coulissant le manchon 24 le long de l'axe, on peut régler la force à laquelle le ressort spirale 25 presse l'organe d'obturation 9 contre son siège 3, pour optimiser de cette manière le comportement en commutation de la soupape. Après le réglage de la position du manchon 24, on peut bloquer ce- lui-ci de la même manière sur le manchon tubulaire comme les deux parties de boîtier 1, 2 l'une par rapport à l'autre. On obtient de cette manière une soupape de com- mande amont dont la construction est plus simple, et qui s'assemble avec des moyens plus réduits que ceux nécessaires aux soupapes de commande amont de ce type, connues, tout en offrant une bonne possibilité d'ajustage. De nombreuses variantes et développements de l'objet de l'invention sont envisageables. C'est ainsi que par exemple la première partie de boîtier 1 peut comporter un prolongement 32 qui reçoit le perçage borgne 18 avec le siège de soupape 3 et l'organe d'étranglement 5, ce prolongement étant réalisé en une matière ayant une résistance mécanique élevée. Pour le restant de la partie de boîtier 1, on peut utiliser une matière peu coûteuse et/ou facile à usiner. La garniture 32 peut être reliée au restant de la première par- tie de boîtier au fond de la cuvette par sertissage ou sou- dage au laser. De plus, cette garniture peut recevoir la chambre de commande 6 avec l'organe d'étranglement 5 comme pièce sé- parée, ce qui permet une meilleure précision de perçage de l'organe d'étranglement. La zone en saillie de la plaque formant induit 14 n'a pas à s'étendre sur toute la surface en regard du segment de la seconde partie de boîtier; il suffit que la plaque formant induit comporte des saillies distinctes dont le nom- bre et la dimension garantissent l'entrefer souhaité entre la plaque formant induit et le noyau magnétique. La plaque for- mant induit peut être interrompue par endroits pour faciliter le passage du carburant en direction du manchon tubulaire 20. R E V E N DI C A T I ON S 1 ) Injecteur de carburant muni d'une soupape de commande amont comprenant: - une première partie de boîtier (1) qui forme une cuvette avec des parois (16) parallèles à un axe (z-z), - une seconde partie de boîtier (2) avec un segment d'engagement (17) qui s'introduit par une liaison de forme dans la cuvette jusqu'à une position de consigne, - les parties de boîtier (1, 2) délimitent l'une avec l'autre une chambre (13) dans laquelle un organe d'obturation de soupape (9) peut coulisser entre une position fermée pour laquelle il est appliqué contre un siège (3) de la soupape de commande amont et une position ouverte, par coulissement le long de l'axe (z-z) dans la chambre (13), - la course de l'organe d'obturation (9) entre la position fermée et la position ouverte étant fixée par la position de consigne, caractérisé en ce que le segment d'engagement (17) est bloqué dans la position de consigne sur les parois (16) de la cuvette, parallèles à l'axe (z-z). 2 ) Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position de consigne est une position dans laquelle la première et la seconde parties de boîtier (1, 2) peuvent cou- lisser l'une par rapport à l'autre dans les deux directions le long de l'axe avant leur blocage. 3 ) Injecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' il comporte un anneau intermédiaire (34) placé entre une col- lerette (35) de la seconde partie de boîtier et le bord de la cuvette. 4 ) Injecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 1! le siège de soupape (3) est prévu dans la première partie de boîtier (1). ) Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le siège de soupape (3) est formé au fond d'un perçage borgne (18) dont les parois intérieures guident pratiquement sans jeu l'organe d'obturation (9) au cours de son coulissement. 6 ) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe d'obturation (9) comprend un corps de forme cylin- drique dont la surface enveloppe comporte au moins un canal (21) pour évacuer le carburant à partir du siège de soupape (3) en direction de l'axe (z-z). 7 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6, caractérisé en ce qu' un ressort spirale (25) est serré axialement dans un perçage (18) de la seconde partie de boîtier (2) entre l'organe d'obturation (9) et un appui pour solliciter l'organe d'obturation (9) dans la direction d'obturation. 8 ) Injecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appui est un manchon (21) introduit dans le perçage (19) par une liaison de forme et qui est bloqué axialement contre les parois intérieures du perçage. 9 ) Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le perçage (19) est prolongé par un manchon tubulaire (20) dans sa zone opposée au segment d'engagement (17) de la se- conde partie de boîtier (2), le blocage axial du manchon (24) se faisant au niveau du manchon tubulaire (20). ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par - une plaque d'induit (14) qui s'étend transversalement à l'axe (z-z) et est solidaire de l'organe d'obturation (9) et par un noyau magnétique (11) tourné vers la plaque d'induit (14) pour exercer une force pour coulisser l'organe d'obturation (9) sur la plaque d'induit (14) qui est logée dans l'autre partie de boîtier (2), - une première zone (23) de la plaque d'induit étant opposée au noyau magnétique (11) et une seconde zone (22) de la plaque d'induit étant opposée à un segment (36) de la pre- mière partie de boîtier (2), - et le segment (36) et la plaque d'induit (14) sont formés pour laisser un entrefer (d) entre le noyau magnétique (11) et la plaque d'induit (14) lorsque le segment (36) arrive en contact avec la seconde zone (22) de la plaque d'induit. 11 ) Injecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le segment vient en saillie par rapport à la surface du noyau magnétique (11) tourné vers la plaque formant induit (14). 12 ) Injecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la seconde zone (22) de la plaque formant induit (14) dépasse de la première zone (23) en direction du noyau magnétique (11). 13 ) Injecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le segment (36) et la surface du noyau magnétique (11) tour- née vers la plaque formant induit (14) se situent dans un plan. 14 ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que le segment (36) entoure le noyau magnétique (11) selon une forme annulaire. ) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la seconde partie de boîtier (2) est enserrée entre la pre- mière partie de boîtier (1) et un capuchon (26) accroché aux parois (16) de la cuvette. 16 ) Injecteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le capuchon (26) porte un élément de connexion électrique (28) pour l'alimentation électrique de la bobine du noyau ma- gnétique (11). 17 ) Procédé d'assemblage d'un injecteur de carburant équipé d'une soupape de commande amont, celle-ci étant réalisée en deux parties de boîtier (1, 2), procédé selon lequel: - une première partie de boîtier (1) comporte une cuvette avec des parois (16) parallèles à l'axe (z-z) et la seconde partie de boîtier (2) s'introduit par une liaison de forme dans la cuvette jusqu'à une position de consigne pour déli- miter une chambre (13) dans laquelle un organe d'obturation (9) peut coulisser entre une position de fermeture qui ap- plique cet organe contre un siège (3) de la soupape de com- mande amont, et une position ouverte, - la course de l'organe d'obturation (9) entre une position ouverte et une position fermée étant fixée par la position de consigne, procédé caractérisé par les étapes opératoires suivantes: (a) on introduit la seconde partie de boîtier dans la cuvette jusqu'à la position de consigne et, (b) on bloque la seconde partie de boîtier (2) sur les parois (16) parallèles à l'axe. 18 ) Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape (a) d'introduction de la seconde partie de boîtier dans une position qui correspond sensiblement à la position de consigne et le réglage de la seconde partie de boîtier dans la position de consigne consistent à mesurer le compor- tement de commutation de la soupape de commande amont et à sélectionner une position dans laquelle la soupape de com- mande amont présente le comportement de commutation souhaité, cette position constituant alors la position de consigne. In