Brevet FR2876159A1 — publié le 20060407

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape pour l'alimentation notamment de fluide gazeux d'un moteur à combustion interne, comportant un induit de soupape, un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape guidé axialement dans un manchon de guidage et réglant le débit de fluide entre l'amont et l'aval, le manchon de guidage ayant à son extrémité aval un fond qui comporte au moins un orifice de passage. Etat de la technique On connaît une telle soupape d'injection de carburant, par exemple selon le document DE 195 47 406 Al. Dans cette soupape une aiguille comporte un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape prévu sur un corps formant siège de sou-pape; cet organe se déplace suivant l'action longitudinale de la soupape dans un manchon à paroi mince en une matière non magnétique suivant la commande d'un induit magnétique. L'induit magnétique ou le mouvement de l'aiguille de soupape permettent de commander le débit de fluide entre un côté d'alimentation (ou côté amont) et un côté de sortie (ou côté aval) de la soupape d'injection de carburant ou injecteur de carburant. Du côté aval, c'est-à-dire dans le segment de fond du manchon, il y a un orifice de sortie muni d'un disque à trous pour permettre le passage normal du fluide à injecter. A la fois le disque à trous et le corps formant siège de soupape sont pressés de force dans le manchon. La mise en place par pression doit fixer géométriquement la position de ces pièces, mais la mise en place sous pression se produit au moins en partie des variations de diamètre du manchon à paroi mince. De plus, le disque à trous d'éjection est fixé par soudage au corps formant siège de soupape, ce qui produit inévitablement des dé-formations par soudage. De telles soupapes d'injection dont la conception est principalement destinée à des moteurs à combustion interne brûlant des liquides, ne répondent toutefois pas pour de multiples raisons aux exigences spécifiques des fluides gazeux, en particulier du point de vue de l'usure de la géométrie du siège car les fluides gazeux relativement secs ne bénéficient pas avant tout des propriétés lubrifiantes des liqui- des. L'usure engendrée par des fluides gazeux dans la zone d'étanchéité peut provoquer des fuites de niveau inacceptables lorsque la soupape est fermée et risque de modifier les paramètres de fonctionnement pendant la durée de vie d'une telle soupape d'injection. Dans le cas de soupapes d'injection ou plus exactement de soupapes d'insufflation qui ont été développées pour les fluides gazeux avec un siège plat comme cela est par exemple connu selon les documents DE 102 61 613 Al et DE 103 19 920 Al, on réduit significativement l'usure du siège grâce à un joint d'étanchéité porté par l'organe d'obturation de soupape ou l'organe formant siège de soupape; on a ainsi une étanchéité beaucoup plus poussée. Toutefois dans de telles conceptions de siège, on a du fait des tolérances de fabrication, un appui en biais de l'organe d'obturation de soupape sur le corps formant siège de soupape à cause du jeu, ce qui se traduit par un défaut d'étanchéité gênant. But de l'invention La présente invention a pour but de développer pour l'alimentation fluide notamment dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne mais également pour des piles à combus- tible, une soupape qui présente non seulement une conception de construction simple mais également une durée de vie importante, une grande étanchéité notamment pour des fluides gazeux, et permettant un dosage exact des fluides. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une soupape du type dé-fini ci-dessus caractérisée en ce que le fond du manchon de guidage constitue le siège de la soupape. Ainsi la solution de l'invention aboutit à une unité combinée formée par le manchon et la buse n'engendrant pas de déforma- tion par soudage et les intervalles gênants qui en résulteraient entre l'induit de soupape et la surface d'étanchéité ; cela n'entraîne pas non plus de variation de diamètre comme dans le cas des soupapes d'injection munies d'une buse de siège enfoncée de force. Cela permet d'avoir des niveaux d'étanchéité plus élevés dans toute la plage des températures entre l'induit de soupape et le siège de soupape ou la buse de siège réalisée sur ce siège. Grâce à la garantie d'un diamètre uniforme exact du manchon de guidage, on assure le guidage parfait de l'induit de sou- pape, ce qui est particulièrement avantageux. On évite ainsi efficace- ment toute position en biais de l'induit de soupape lors de la fermeture, ce qui réduit de manière significative l'usure pendant toute la durée de vie de la soupape. Le manchon de guidage selon l'invention avec un siège de soupape intégré est en outre simple et économique à fabriquer car à la place d'un groupe fonctionnel de soupapes, complet, il y a une seule pièce qui peut être une simple pièce obtenue par usinage au tour, une pièce frittée ou une pièce de formage obtenue par emboutissage pro-fond, fluage à la presse, par technique MIM ou analogue. Grâce au diamètre de guidage régulier du manchon de guidage, l'induit de soupape pourra également être fabriqué de manière économique. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le siège de soupape intégré dans le fond du manchon de guidage est simplement réalisé comme siège plat. Pour obtenir une étanchéité poussée en position de fermeture de la soupape, il est avantageux que le fond du manchon de guidage soit parfaitement perpendiculaire à la paroi longitudinale du manchon de guidage. Le fond du manchon de guidage comporte avantageuse- ment, directement les orifices de passage nécessaires, notamment pour le fluide gazeux et suivant la géométrie et le nombre d'orifices de pas-sage, on pourra fixer de manière garantie une injection ou une insufflation exacte. Suivant le guidage voulu pour le fluide, on choisira une géométrie de section circulaire ou en forme de rognon, ou une géométrie de section elliptique ou une combinaison de géométrie de section différente pour les orifices de passage. Selon un autre développement de la soupape selon l'invention, un segment de l'induit de soupape qui forme l'organe d'obturation de soupape comporte un élément d'étanchéité qui permet d'assurer l'étanchéité des orifices de passage au niveau du siège de soupape en position de fermeture. Un tel élément d'étanchéité augmente encore plus le degré d'étanchéité du siège d'étanchéité et permet de réduire encore plus l'usure du siège de soupape. L'élément d'étanchéité peut être réalisé en un pot polymère dont le comportement élastique comme du caoutchouc permet des variations de forme et reprend immédiatement sa forme initiale une fois les contraintes disparues. Ce comportement est notamment important pour la fermeture de la soupape lorsque l'induit de soupape rencontre le lo siège de soupape. L'élément d'étanchéité permet de freiner la course de l'induit de soupape et d'éviter son usure sur le siège de soupape; cela garantit en outre une étanchéité poussée du siège de soupape. L'élément d'étanchéité peut être réalisé uniquement en un polymère ou avoir un noyau métallique revêtu d'un élastomère. Pour augmenter l'étanchéité, il est intéressant qu'au ni-veau des orifices de passage, le fond comporte une forme bombée ou une moulure tournée vers l'induit de soupape, ce qui permet de garantir l'étanchéité notamment au contact avec un élément d'étanchéité en un élastomère très élastique sur son bord tourné vers l'intérieur du man- chon de guidage en position de fermeture de la soupape. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de deux exemples de réalisation d'une soupape selon l'invention représentée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale très simplifiée d'une soupape d'insufflation comportant un manchon de guidage selon l'invention, - la figure 2 est une vue à l'échelle agrandie de la zone X de la soupape d'insufflation de la figure 1 montrant l'organe d'obturation de sou- pape en appui contre le siège de la soupape dans le manchon de guidage, et - la figure 3 montre la zone Y de la figure 2 pour une variante de réalisation. Description des modes de réalisation Les figures 1 et 2 montrent schématiquement une sou- pape d'insufflation 1 destinée à une pile à combustible ou au moteur à gaz d'un véhicule automobile pour réguler le débit de fluide entre un côté d'alimentation ou côté amont 2 et un côté de sortie ou côté aval 3. La soupape d'insufflation 1 est commandée par un électroaimant et comporte à cet effet un boîtier 4 en plusieurs parties avec une bobine électromagnétique 5 entourée par un manchon de guidage 6 en matière non magnétique, ce manchon étant fabriqué par un procédé d'emboutissage profond. Le manchon de guidage 6 qui a un diamètre intérieur uniforme constant sur toute sa longueur comporte un bouchon 7 essentiellement tubulaire, fixé, servant à recevoir un ressort hélicoïdal 8 comme ressort de précontrainte; son extrémité aval est appuyée contre un induit de soupape électromagnétique 9 coulissant axialement dans le manchon de guidage 6. L'induit de soupape 9 de forme tubulaire a un épaule- ment 10 formant un organe d'obturation de soupape à son extrémité aval. Cet épaulement est destiné à coopérer avec un siège de soupape 11, notamment un siège plat. L'induit de soupape 9 et l'organe d'obturation de soupape 10 entourent un premier perçage axial 12 servant de canal d'alimentation. Ce perçage est relié au côté amont de la soupape d'insufflation 1 et de préférence quatre perçages radiaux 13 répartis à la périphérie d'organe d'obturation de soupape 10 assurent une liaison avec la zone de pression extérieure 14 délimitée par le manchon de guidage 6. Dans la direction axiale, le premier perçage axial 12 dé-bouche en aval des perçages radiaux 13 dans un second perçage axial 15 de section E plus faible que celle du premier perçage axial 12. Le second perçage axial 15 tourné du côté aval vers le fond 16 du manchon de guidage 6 délimite une zone de pression intérieure 17. Lors de l'ouverture de l'organe d'obturation de soupape 10, le fluide du premier perçage axial 12 passe par les perçages radiaux 13 pour arriver dans la zone de pression extérieure 14 et de là, par le second perçage axial 15 il arrive sur le côté frontal libre de l'organe d'obturation de soupape 10 et passe ainsi sur le siège de soupape 11; celui-ci comporte à la manière d'une rondelle un trou d'éjection, de préférence plusieurs orifices de passage 18 répartis notamment sur un cercle. Le fond 16 du manchon de guidage 6 qui est perpendiculaire à la paroi longitudinale 21 du manchon de guidage 6 forme ainsi en même temps le siège de soupape 11 pour l'organe d'obturation de soupape 10 et du fait des orifices de passage 18, il y constitue une plaque de buse. Dans la mesure où il s'agit d'orifices de passages axiaux, les orifices 18 ont une section circulaire et dans la mesure où il s'agit de io buses ou de perçages de dosages légèrement inclinés, ils ont une section elliptique; ces orifices ont de préférence un diamètre par exemple égal à 90 m. La forme spécifique des orifices de passage 18 dépend des caractéristiques d'insufflation recherchées et peut être celle d'une pla- que de buse de l'état de la technique. Dans le mode de réalisation avantageux présenté, le fond 16 du manchon de guidage 6 a une forme bombée vers l'intérieur au niveau des orifices de passage 18, c'est-à-dire une forme tournée vers l'induit de soupape 9, si bien que les orifices de passage 18 se trouvent dans la zone d'une moulure principalement circulaire. Dans une zone correspondante, la face frontale côté aval de l'organe d'obturation de soupape 10 comporte un élément d'étanchéité 19, annulaire permettant de fermer les orifices de passage 18 lorsque la soupape d'insufflation 1 est en position de fermeture; alors seule la surface des orifices de passage 18 est exposée à la pression extérieure. La figure 3 montre une variante de réalisation de l'élément d'étanchéité 19 de l'organe d'obturation de soupape 10; l'élément d'étanchéité 19 est guidé et logé dans une cavité correspon- dante 20 de la face frontale de l'organe d'obturation de soupape 10. Comme cela paraît également à la figure 3, la surface en anneau de cercle de l'élément d'étanchéité 19 diminue en direction du côté aval 3 de sorte que la cavité 20 aura une section principalement queue d'aronde. L'élément d'étanchéité 19 est en un polymère très élasti- que, par exemple un polymère PEEC (poly-éther éther cétone).Selon d'autres modes de réalisation, l'élément d'étanchéité annulaire peut être réalisé dans d'autres matières élastiques par exemple, en caoutchouc fluo ou carboné. REVENDICATIONS 1 ) Soupape pour l'alimentation notamment de fluide gazeux d'un moteur à combustion interne, comportant un induit de soupape (9), un organe d'obturation de soupape (10) coopérant avec un siège de sou- pape (11) guidé axialement dans un manchon de guidage (6) et réglant le débit de fluide entre l'amont (2) et l'aval (3), le manchon de guidage (6) ayant à son extrémité aval un fond (16) qui comporte au moins un orifice de passage (18), caractérisée en ce que le fond (16) du manchon de guidage (6) constitue le siège de la soupape (11). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape (10) est un siège plat. 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée par un élément d'étanchéité (19) prévu sur la face frontale du segment de l'induit de soupape (9) formant l'organe d'obturation de soupape (10), cet élément d'étanchéité fermant de manière étanche en position de fermeture les orifices de passage (18) du siège de soupape (11). 4 ) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (19) est logé dans une cavité (20) de l'organe d'obturation de soupape (10). 5 ) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (19) est en élastomère très élastique. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond (16) du manchon de guidage (6) est perpendiculaire à la paroi longitudinale (21) du manchon de guidage (6). 7 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fond (16) du manchon de guidage (6) comporte dans la zone d'un orifice de passage (18), une forme bombée tournée vers l'induit de soupape (9). 8 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins une sélection d'orifice de passage (18) présente une section géométrique circulaire. 9 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins une sélection d'orifice de passage (18) a une géométrie de section elliptique. 10 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de guidage (6) a un diamètre intérieur constant. 11 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon de guidage (6) ainsi que le fond (16) formant le siège de soupape (11) sont constitués par une pièce obtenue par formage, par une pièce frittée ou par une pièce usinée au tour.