Brevet FR2876157A1 — publié le 20060407

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape pour l'alimentation de fluide notamment gazeux d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps de soupape, une unité d'actionnement notamment électromagnétique pour un induit de soupape comportant un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape, et mobile entre un côté amont et un côté aval dans un manchon de guidage, axialement à l'opposé d'un élément de butée contre la force développée par un ressort de rappel pour régler le débit de fluide. Etat de la technique Selon le document DE 103 04 143 Al on connaît une telle soupape pour demander le passage d'un fluide; cette soupape comprend un corps au boîtier de soupape, une unité d'actionnement notamment électromagnétique pour un induit de soupape muni de per- cage de sortie radiaux, cet induit étant guidé de façon coulissante axialement dans un manchon de guidage et par celui-ci il commande une veine de fluide entre un côté amont ou côté d'alimentation et un côté aval ou côté de sortie. L'induit de soupape comprend à cet effet un organe d'obturation de soupape coopérant avec un siège de soupape et ayant au moins par zone une forme tubulaire; l'induit est mobile contre la force développée par un ressort de rappel, axialement dans le manchon de guidage pour commuter la soupape entre un état fermé et un état ouvert. De telles soupapes d'injection ou plus exactement soupapes d'insufflation utilisées pour des fluides gazeux ont une construction et une fonction déduites pour l'essentiel des soupapes d'injection utilisées pour les liquides, mais il est difficile de répondre aux exigences particulières posées aux soupapes commandant des fluides gazeux. Pour un moteur à combustion interne à gaz ou une pile à combustible, il faut habituellement des débits de fluide beaucoup plus importants que ceux d'un moteur à combustion interne utilisant du carburant liquide et c'est pourquoi, il faut dimensionner en conséquence la section de la soupape et la course de l'induit. Pour ouvrir des soupapes de fluide gazeux, à cause de la section importante nécessaire, on utilise des étages de puissance régulés en intensité de courant; par la commande de la soupape, on réalise des durées d'ouverture très brèves avec un étage de puissance à régu- lation d'intensité. Mais il en résulte que l'induit de la soupape arrive avec une vitesse très élevée contre la surface limitant sa course. Les inconvénients dans de telles soupapes connus sont les déformations plastiques des surfaces de limitation de course et/ou l'éclatement de la couche de protection contre l'usure ou de la couche réglant l'entrefer magnétique résiduel. Pour réduire de tels dommages, il est possible d'appliquer à la surface de l'induit de soupape ou autre surface sollicitée par des chocs, un élément en élastomère pour assurer l'amortissement. De tels éléments en élastomère ont toutefois l'inconvénient du fait des caracté- ristiques de ces matières, de rendre difficile le réglage de la dureté, une forte dispersion entre les soupapes, le comportement en température, la linéarité pour les faibles débits et une consommation importante en force magnétique dans le cas d'un actionnement électromagnétique de la soupape. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une soupape du type défini ci-dessus permettant, avec des moyens simples, d'amortir efficacement la vitesse de translation élevée de l'induit de soupape et en même temps, de rendre fiable la limitation de la course. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une soupape du type dé-fini ci-dessus caractérisée en ce que l'élément de butée est monté à ressort par l'intermédiaire d'un ressort contre une butée axiale fixe. Il en résulte l'avantage d'un freinage réglable de l'induit de soupape sans provoquer de déformation plastique ou sans usure des surfaces de contact de l'induit et de l'élément de butée lors d'un mouvement d'ouverture de la soupape car, lorsque l'induit de la soupape rencontre l'élément de butée lors d'une ouverture de soupape, l'impulsion est transmise au ressort qui absorbe ainsi l'énergie de l'impulsion. Cette absorption de l'énergie par le ressort ou installation de ressort selon l'invention a en outre l'avantage de réduire de manière significative le bruit de la soupape. Suivant le dimensionnement de la soupape et la dynami- que d'injection ou d'insufflation souhaitée, par un choix approprié de l'installation de ressort qui se règle individuellement par la réaction appliquée, on aura pour chaque soupape une fonction d'amortissement stable et un fonctionnement pour toute la durée de vie de la soupape. L'opération d'ouverture de la soupape peut être conçue pour que l'amortissement selon l'invention par l'installation d'un ressort ou ressort n'a pas d'effet sur le fonctionnement comme par exemple, sur l'angle d'injection ou d'insufflation et sur le réglage dynamique du débit de la soupape. Selon un développement avantageux de l'invention, l'élément de butée de forme tubulaire entoure un manchon de réglage définissant la force de ressort du ressort de rappel, cet élément de butée étant relié au manchon de réglage au moins de manière axialement fixe. Habituellement, un manchon de réglage sert à régler la pré contrainte du ressort de rappel est installé entre la surface frontale amont de l'induit de soupape et un composant axial fixe dans le manchon de guidage, par exemple un élément de filtre. Dans la liaison selon l'invention de l'élément de butée soutenu par une installation à ressort ou ressort avec la manchon de réglage du ressort de rappel, l'amortissement de l'installation de ressort qui soutient l'élément de butée agit également sur le manchon de réglage et la réduction de la poussée évite l'éjection du manchon de réglage qui se produit parfois dans les injecteurs connus, lorsque l'induit de soupape rencontre par exemple l'élément de butée constituant le pôle intérieur. Le manchon de réglage peut être relié de manière simple à l'élément de butée par un siège pressé. En variante, le manchon de réglage peut également être relié à l'élément de butée par un filetage et dans une telle réalisation, on a une possibilité de coulissement axial relatif entre le manchon de réglage et l'élément de butée et ainsi, un réglage fin de la précontrainte du ressort de rappel et de ce fait, de la course de la soupape qui se fait de manière simple. Ainsi pour l'actionnement de la soupape, il est prévu une unité d'actionnement électromagnétique, il est avantageux que l'élément de butée constitue le pôle intérieur de préférence tubulaire de l'unité d'actionnement électromagnétique. Dans le cas de l'installation à ressort selon l'invention qui soutient élastiquement le pôle intérieur contre la butée axiale fixe, il suffit d'un étroit circuit magnétique pour activer la soupape. Selon un mode de réalisation simple, la butée axiale fixe peut être une bague de butée installée à l'intérieur du manchon de guidage et fixée à celui-ci. Si selon un autre développement avantageux de l'invention, le manchon de réglage comporte à son extrémité amont, un épaulement de section élargie qui couvre au moins partiellement dans la direction radiale la butée axiale fixe, on dispose d'une surface de butée limitant le mouvement axial du manchon de réglage ou de l'ensemble formé par le manchon de réglage et l'élément de butée en direction de l'aval. La butée axiale fixe peut comporter une installation pour réduire l'usure et/ou le bruit qui amortit la butée du manchon de réglage. Cela se fait, par exemple, à l'aide d'un revêtement prévu sur la butée. Selon un autre mode de réalisation, l'épaulement à sec- tion élargie du manchon de réglage est équipé d'une installation notamment sous la forme d'un revêtement pour amortir l'usure et/ou le bruit. Pour la définition de la force de l'installation de ressort (ou plus simplement du ressort) entre l'élément de butée et la butée axiale fixe, il est avantageux que cette force soit supérieure à celle entre l'induit et l'élément de butée lorsque la soupape est ouverte. Le cas échéant, on peut avoir au moins un élément d'écartement entre l'extrémité amont du ressort de rappel et le manchon de réglage. On peut également avoir au moins un moyen d'écartement en plus de l'installation à ressort entre la butée axiale fixe et l'élément de butée. La force de ressort ou le réglage dynamique du débit ou dosage dynamique dans la soupape selon l'invention se fait par le choix de la longueur du manchon de réglage, par l'éventuelle interposition d'éléments d'écartement entre le ressort de rappel et le manchon de réglage et/ ou l'induit de soupape et le manchon de réglage et par l'éventuelle interposition d'éléments d'écartement entre l'élément de butée et la butée axiale fixe. La course de la soupape se définit par la position de la butée axiale fixe. 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 présentée dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un premier mode de réalisation d'une soupape d'insufflage selon l'invention, et - la figure 2 est une coupe longitudinale simplifiée d'un second mode de réalisation d'une soupape d'insufflage selon l'invention. Description des modes de réalisation Les figures 1 et 2 montrent une soupape d'insufflation 1 représentée schématiquement. Une telle soupape est destinée à une pile à combustible ou à un moteur à combustion interne à gaz d'un véhicule automobile; elle sert à réguler la veine de fluide entre un côté d'alimentation 2 et un côté de sortie 3. La soupape d'insufflation 1 se compose d'un boîtier 4 en plusieurs parties recevant une unité d'actionnement électromagnétique 5, comprenant une bobine électromagnétique 5 entourant elle-même un manchon de guidage 7 dans une matière non magnétique fabriquée par emboutissage profond ou autre procédé de transformation. Le manchon de guidage 7 reçoit un induit de soupape 8 à aimantation douce, coulissant axialement. Cet induit comporte un organe d'obturation de soupape 9 destiné à coopérer avec un siège de soupape 10, de préférence réalisé sous la forme d'un siège plat. Dans le mode de réalisation présenté, le siège de soupape 10 est réalisé sur un corps de buse 11 logé dans le manchon de guidage 7 et soudé à celui-ci. Ce corps de buse 11 est lui-même réalisé en forme de manchon avec un fond constituant le siège de soupape 10. Dans la zone du siège de soupape 10, il y a plusieurs orifices de passage 12 réalisés dans une rondelle à orifice d'éjection. Du côté amont au côté d'alimentation, l'induit 8 se pour-suit par un élément de butée 13, tubulaire, logé coaxialement dans le manchon de guidage 7. Cet élément de butée constitue le pôle intérieur de l'unité d'actionnement électromagnétique 5. Ce pôle intérieur 13 est monté à ressort par l'intermédiaire d'un ressort 15 par rapport à une bague de butée 16 formant une butée axiale fixe, installée du côté alimentation. Cette bague de butée est reliée par une soudure au manchon de guidage 7. Le ressort 15 qui n'est représenté que schématiquement aux figures 1 et 2 peut être un ressort hélicoïdal ou tout autre élément de ressort utilisable pour une telle application. L'induit de soupape 8 et l'élément de butée 13 qui constituent le pôle intérieur comportent un perçage central servant à l'alimentation du fluide gazeux à injecter ou insuffler dans la chambre de combustion avec un ressort en rappel 17 concentrique, agissant sur l'induit 8. Le ressort de rappel 17 est appuyé en aval dans le mode de réalisation représenté contre un épaulement d'appui 18 réalisé sur l'induit de soupape 8; du côté amont, il s'appuie contre un manchon de réglage 14. A son extrémité amont, le manchon de réglage 14 a un épaulement 19 augmentant la section. Cet épaulement est prévu du côté alimentation de la bague de butée 16 fixée axialement et couvre radialement la plus grande partie de cette bague. A son extrémité aval, le manchon de réglage 14 pénètre dans le perçage intérieur de l'élément de butée 13 en étant relié solidairement à celui-ci de préférence par une liaison pressée. Cette liaison qui peut également être réalisée sous la forme d'une liaison vissée, variable, sert à déterminer la longueur axiale de l'ensemble formé par le manchon de réglage 14 et l'élément de butée 13. A l'état fermé, non activé de la soupape d'insufflation 1, comme cela est représenté aux figures 1 et 2, l'organe d'obturation de soupape 9 est appliqué de manière étanche contre le siège de soupape 10; l'organe d'obturation de soupape 9, réalisé sur l'induit 8 est tenu en position de fermeture par la force développée par le ressort de rappel 17. Le manchon de réglage 14 et l'élément de butée ou le pôle intérieur 13 sont tenus par le ressort 15 appuyé contre la bague de butée 16 fixe axialement et qui développe une force de ressort supérieure à celle développée par le ressort de rappel 17, pour être ainsi maintenue dans une position axiale dans laquelle le manchon de réglage 14 s'appuie par son épaulement 19 contre la surface de butée amont de la bague de butée 16. Pour ouvrir la soupape d'insufflation 1, on excite la bobine électromagnétique 6 de l'unité d'actionnement électromagnétique 5, de façon à soulever l'induit de soupape 8 magnétique avec son organe d'obturation de soupape 9 par rapport au siège de soupape 10 et dépla- cer cet ensemble vers l'amont 2. Dès que l'induit de soupape 8 rencontre le pôle intérieur 13, l'impulsion est transmise au ressort 15. L'énergie absorbée par le ressort 15 est neutralisée par la compression du ressort 15 pendant le mouvement de l'ensemble formé par le pôle intérieur et le manchon de réglage en direction de l'amont 2. Du fait de la réaction dans le ressort 15, l'induit de sou-pape 8 et l'ensemble formé par le pôle intérieur et le manchon de réglage se déplace ensuite de nouveau dans la direction opposée à celle du siège de soupape 10 jusqu'à ce que le manchon de réglage 14 rencontre la bague de butée 16 par son épaulement élargi 19. La figure 2 présente pour l'essentiel la soupape d'insufflation 1 de la figure 1, comporte en variante, entre l'extrémité amont du ressort de rappel 17 et le manchon de réglage 14, un élément d'écartement 20 en forme de rondelle qui permet de modifier la force du ressort et ainsi la quantité injectée de manière dynamique par rapport au mode de réalisation de la figure 1. Dans d'autres modes de réalisation, on peut prévoir d'autres éléments d'écartement par exemple en forme de rondelles, installés en série entre le ressort de rappel 17 et le manchon de réglage 14 ou aussi entre le ressort de rappel 17 et l'induit de soupape 8. REVENDICATIONS 1 ) Soupape pour l'alimentation de fluide notamment gazeux d'un moteur à combustion interne, comprenant un corps de soupape (4), une unité d'actionnement (5) notamment électromagnétique pour un induit de soupape (6) comportant un organe d'obturation de soupape (9) coopérant avec un siège de soupape (10), et mobile entre un côté amont (2) et un côté aval (3) dans un manchon de guidage (7), axialement à l'opposé d'un élément de butée (13) contre la force développée par un ressort de rappel (17) pour régler le débit de fluide, io caractérisée en ce que l'élément de butée (13) est monté à ressort par l'intermédiaire d'un ressort (15) contre une butée axiale fixe (16). 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de butée (13), de forme tubulaire entoure un manchon de réglage (14) qui fixe la tension du ressort de rappel (17), et est relié solidairement au moins dans la direction axiale avec celui-ci. 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la butée axiale fixe est réalisée sous la forme d'une bague de butée (16) à l'intérieur du manchon de guidage (7) et fixée à celui-ci. 4 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon de réglage (14) est relié à l'élément de butée (13) par une liaison à siège pressé. 5 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon de réglage (14) est relié à l'élément de butée (13) par un filetage. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de butée (13) forme le pôle intérieur de l'unité d'actionnement électromagnétique (5). 7 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée en ce que le manchon de réglage (14) comporte à son extrémité amont, un épaulement (19) de section élargie, qui couvre au moins en partie dans la direction radiale la butée axiale fixe (16). i0 8 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la force du ressort entre l'élément de butée (13) et la butée axiale fixe (16) est supérieure à la force de ressort entre l'induit de soupape (8) et l'élément de butée (13) lorsque la soupape est ouverte. 9 ) Soupape selon la revendication 2, caractérisée par au moins un élément d'écartement (20) installé entre l'extrémité amont du ressort de rappel (17) et le manchon de réglage (14). 10 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins un élément d'écartement est installé en plus du ressort (15) entre la butée axiale fixe et l'élément de butée (13). 11 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la butée axiale fixe (16) comporte une installation pour réduire l'usure et/le bruit. 12 ) Soupape selon la revendication 11, caractérisée en ce que la course de la soupape est définie par le choix de la position axiale de la butée axiale fixe (16).