Brevet FR2907872A1 — publié le 20080502

Domaine de l'invention La présente invention concerne une soupape comprenant une zone d'étanchéité en un matériau métallique très élastique, par exemple du verre métallique encore appelé verre métallique en vrac (BMG) ou autres matériaux très élastiques. Etat de la technique Selon l'état de la technique on connaît différentes réalisations de soupapes. En particulier, les soupapes d'injection ou injecteurs de carburant doivent répondre actuellement à des exigences d'étanchéité sévères à cause des pressions systématiques élevées. Dans le cas des soupapes ou injecteurs connus, on réalise l'étanchéité en respectant une cavité de fabrication stricte en liaison avec des structures d'étanchéité compliquées, ce qui se traduit par un coût élevé et nécessite l'utilisation de techniques de fabrication extrêmement précises compliquées. Le développement de l'injection de carburant va néanmoins dans le sens de pression systématique (ou à pression de système) de plus en plus élevée, ce qui se traduit par des exigences de plus en plus élevées concernant les techniques de fabrication. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une soupape du type dé-fini ci-dessus, caractérisée en ce que la zone d'étanchéité de l'organe d'obturation de soupape et/ou le siège de soupape sont en un verre métallique. La soupape selon l'invention a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique d'avoir une zone d'étanchéité métallique très élastique. La zone d'étanchéité est fabriquée en un matériau d'étanchéité très résistant et de très grande élasticité ; cela permet une meilleure adaptation des deux partenaires de contact d'une jonction d'étanchéité se traduisant par une plus grande étanchéité. Le comportement élasti- que de la matière permet d'utiliser des techniques de fabrication plus simples de sorte que de telles soupapes ou injecteurs seront d'une fabrication moins coûteuse. Selon l'invention, ce résultat est obtenu par l'utilisation de matières métalliques très élastiques, en particulier des verres métalliques encore appelés métalliques en vrac (BMG) utilisant notamment des alliages métalliques de verre pour la zone d'étanchéité 2907872 2 d'un organe d'obturation de soupape et/ou d'un siège de soupape. L'utilisation de telles zones d'étanchéité permet aux soupapes d'assurer l'étanchéité requise même aux pressions les plus élevées en particulier lorsque ces soupapes sont utilisées comme des soupapes d'injection de 5 carburant ou injecteurs de carburant. De manière préférentielle, l'organe d'obturation de sou-pape et/ou le siège de soupape sont fabriqués totalement en une matière vitreuse métallique. Cela permet une fabrication particulièrement simple de la soupape. 10 De façon préférentielle, l'organe d'obturation de soupape et/ ou le siège de soupape comportent un élément d'étanchéité en une matière vitreuse métallique ou verre métallique. Cette solution a l'avantage de permettre de fabriquer l'organe d'obturation de soupape et le siège de soupape en un matériau très économique et seul l'élément 15 d'étanchéité proprement dit est fabriqué dans cette matière vitreuse métallique, l'élément d'étanchéité étant par exemple fixé dans une cavité dans l'organe d'obturation de soupape ou dans le siège de soupape, par exemple avec un adhésif. L'élément d'étanchéité en matière vitreuse métallique est 20 de préférence réalisé pour avoir une arête d'étanchéité, ce qui permet une étanchéité très sûre. En variante, l'organe d'obturation de soupape peut être fabriqué en une matière vitreuse ou verre métallique et l'organe d'obturation sera néanmoins creux en étant rempli d'un gaz, notam- 25 ment de l'air. Cela permet d'augmenter significativement, en particulier l'élasticité de l'organe d'obturation de soupape, L'organe d'obturation de soupape est réalisé d'une manière particulièrement préférentielle sous la forme d'une sphère. En variante, l'organe d'obturation de soupape peut avoir une forme sphérique avec un grand nombre d'aplats exté- 30 rieurs. Les aplats du côté extérieur de la sphère ou bille servent en particulier à conduire le fluide jusqu'à la zone d'étanchéité de la soupape. De manière préférentielle, l'organe d'obturation de sou-pape comporte un actionneur, par exemple un actionneur piézo-électrique et un poussoir, l'actionneur piézo-électrique actionnant le 35 poussoir et l'extrémité du poussoir a une zone d'étanchéité en matière 5 i0 2907872 3 vitreuse métallique. Ainsi la soupape est de construction particulière-ment compacte et la hauteur de construction, très réduite, notamment dans le sens de l'ouverture de la soupape car on supprime entre autre, l'aiguille d'injecteur. L'invention concerne en outre l'utilisation d'une matière vitreuse métallique comme élément d'étanchéité d'une soupape. La sou-pape est d'une manière particulièrement préférentielle un injecteur de carburant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une soupape selon un premier exemple de réalisation de l'invention, 15 - la figure 2 est une vue de côté schématique explicitant le fonctionnement de la soupape de la figure 1, -la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une soupape corres- pondant à un second exemple de réalisation de l'invention, - les figures 4a, 4b, 4c sont des vues en coupe schématique de diffé- 20 rentes installations d'injection selon la présente invention, - la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une soupape correspondant à un troisième exemple de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe schématique d'une soupape corres- pondant à un quatrième mode de réalisation de l'invention, 25 - la figure 7 est une vue en coupe schématique d'une soupape corres- pondant à un cinquième mode de réalisation de l'invention. Descriptions de modes de réalisation de l'invention Selon les figures 1 et 2, on décrira ci-après de manière détaillée un premier exemple de réalisation d'une soupape 1 selon 30 l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une soupape 1 correspondant au premier exemple de réalisation ayant un organe d'obturation de soupape 2 et un siège de soupape 3. L'organe d'obturation de soupape 2 est en forme de bille (ou de sphère) et pré- 35 sente des zones aplaties ou à plat 2a. La figure 1 montre la position 2907872 4 fermée de la soupape. L'organe d'obturation de soupape de cet exemple de réalisation est fabriqué en un alliage métallique de verre et présente des caractéristiques très élastiques. L'organe d'obturation de soupape 2 est relié à un poussoir 5 mobile suivant un mouvement linéaire dans la 5 direction de la double flèche A pour ouvrir ou fermer la soupape. L'étanchéité ou la jonction d'étanchéité entre l'organe d'obturation de soupape 2 et le siège de soupape 3 de cet exemple de réalisation est une étanchéité linéaire ou annulaire. La figure 2 montre schématiquement le fonctionnement 10 de la soupape selon l'invention représentée dans deux parties de figures. La partie gauche de la figure 2 montre la soupape 1 en position ou-verte, dans cette position, un fluide peut traverser le siège de soupape 3, ouvert, comme l'indiquent les flèches. L'organe d'obturation de sou-pape 2 est soulevé de son siège de soupape 3 comme l'indique la flèche 15 B. La partie droite de la figure 2 montre la position fermée de la sou-pape 1. Une force est alors exercée par le poussoir sur l'organe d'obturation de soupape 2 ce qui conduit à la déformation de l'organe d'obturation de soupape 2. La force est indiquée par la flèche C. La dé-formation de l'organe d'obturation de soupape 2 permet de réaliser une 20 étanchéité extrêmement poussée dans la zone d'étanchéité 4, entre l'organe d'obturation 2 et le siège de soupape 3. Il est à remarquer qu'en variante, en plus de l'organe d'obturation de soupape 2, son siège de soupape 3 peut également être fabriqué en un alliage de verre métallique ou alliage vitreux métallique. 25 La figure 3 montre une soupape 2 correspondant à un second exemple de réalisation de l'invention. Les mêmes éléments ou les éléments fonctionnels identiques que dans le premier exemple de réalisation portent ici les mêmes références. A la différence du premier exemple de réalisation, dans le 30 second exemple de réalisation, l'organe d'obturation de soupape 2 est un corps creux 6 ayant une cavité intérieure remplie d'un gaz 7 ou d'un liquide. La partie gauche de la figure 3 montre la position ouverte et la partie droite de la figure 3 montre la position fermée de la soupape 1. En position ouverte de la soupape 1, l'organe d'obturation 35 n'est pas déformé, si bien que le corps creux a pratiquement une forme 2907872 5 sphérique. En position fermée, comme l'indique la flèche C, une force de fermeture est exercée sur le corps creux 6 produisant une forte déformation de l'organe d'obturation de soupape. On arrive ainsi a une étanchéité poussée dans la zone d'étanchéité 4 entre l'organe de fermeture 5 de soupape et le siège de soupape 3. Un tel corps creux 6, en un alliage de verre métallique peut être fabriqué de façon analogue à une bille comme pour la fabrication d'un palier à bille. Le corps creux 6 a une élasticité significativement plus élevée qu'une bille pleine en un alliage de verre métallique. Pour le reste, cet exemple de réalisation correspond 10 à l'exemple de réalisation précédent et on se réfèrera à la description déjà faite. En références aux figures 4a, 4b, 4c, on décrira ci-après l'utilisation des organes d'obturation de soupapes 2 comme injecteurs de carburant appliqués à un véhicule. 15 La figure 4a montre une soupape 1 ou injecteur équipé d'un entraînement piézo-électrique 8 actionnant un poussoir 5 relié à l'organe d'obturation de soupape 2. L'entraînement piézo-électrique 8 permet ainsi d'ouvrir et de fermer la soupape 1. La figure 4b montre une soupape ou injecteur 1 action- 20 nant directement un corps de soupape 9 ; le corps de soupape 9 est relié à l'organe d'obturation de soupape 2. L'arrivée de fluide peut se faire par des cavités dans un élément de boîtier 10 et/ou le corps de soupape 9 arrivant jusqu'à la zone située devant l'organe d'obturation de sou-pape 2. 25 La soupape 1 représentée à la figure 4c a, par rapport au mode de réalisation de la figure 4a, en plus, une démultiplication de pression 11 pour convertir la course de l'entraînement piézo-électrique 8. Il est à remarquer que dans tous les modes de réalisation représentés aux figures 4a-4c, l'organe d'obturation de soupape 2 est réalisé par 30 une bille fabriquée en un alliage de verre métallique très élastique, en matière pleine comme dans le premier exemple de réalisation ou comme bille creuse comme dans le second exemple de réalisation. La figure 5 est une vue en coupe schématique d'une sou-pape 1 correspondant à un troisième exemple de réalisation de 35 l'invention. Dans cet exemple de réalisation, l'organe d'obturation de 2907872 6 soupape 2 est une bille en un alliage de verre métallique très élastique. De plus, le siège de soupape 3 comporte un élément d'étanchéité 13 en un alliage de verre métallique très élastique. On forme une zone d'étanchéité 4 ainsi entre l'organe d'obturation de soupape 2 et 5 l'élément d'étanchéité 13. L'élément d'étanchéité 13 est fixé dans une cavité 3a du siège de soupape 3. L'élément d'étanchéité 13 du troisième exemple de réalisation a pratiquement une forme annulaire avec une surface d'étanchéité de forme courbe en direction de l'organe d'obturation de soupape 2. La figure 5 montre la position fermée de la 10 soupape 1. L'organe d'obturation de soupape 2 et l'élément d'étanchéité 13 peuvent être réalisés dans la même matière ou dans des alliages de verre métallique différents. A titre d'exemple, en variante, la bille 2 peut être fabriquée en acier et seul l'élément d'étanchéité 13, en un alliage de verre métallique. 15 La figure 6 montre un quatrième exemple de réalisation de l'invention ; dans cet exemple, les éléments identiques ou fonctionnellement identiques portent les mêmes références que dans les exemples de réalisation précédents. A la différence des exemples de réalisation précédents, la 20 soupape 4 du quatrième exemple de réalisation a un élément d'étanchéité 14 en un alliage de verre métallique prévu à l'extrémité d'une aiguille d'injecteur 15. L'aiguille d'injecteur 15 peut être soulevée par rapport à un siège d'étanchéité 3 comme l'indique la double flèche A ou être poussée contre son siège ; l'étanchéité se fait entre l'arête la plus 25 à l'extérieur 14b de l'élément d'étanchéité 14 et le siège d'étanchéité 3. L'arête de l'élément d'étanchéité 14 s'obtient par la forme rétrécie de la surface d'étanchéité 14a de l'élément d'étanchéité 14. Cet exemple de réalisation de soupape doit répondre à des exigences plus faibles quant à l'alignement coaxial par comparaison à un siège plat usuel, ce qui 30 permet une fabrication plus simple et plus économique de la soupape 1. Il est à remarquer qu'en variante le siège d'étanchéité 3 peut également comporter un autre élément d'étanchéité en un alliage de verre métallique qui assure l'étanchéité en coopérant avec l'élément d'étanchéité 14 de l'aiguille d'injecteur 15. La figure 7 montre la soupape 1 en position 35 fermée. 2907872 7 La figure 7 montre un cinquième exemple de réalisation d'une soupape 14 selon l'invention ; dans cet exemple les éléments identiques ou fonctionnellement analogues portent les mêmes références que dans les exemples de réalisation précédents. 5 Dans cet exemple de réalisation, un entraînement piézo-électrique 8 est relié à un poussoir portant un élément d'étanchéité 16 de forme annulaire. L'élément d'étanchéité 16 assure l'étanchéité par rapport à un siège de soupape 3 ; à l'état soulevé de l'élément d'étanchéité 16 par rapport au siège d'étanchéité 3, un fluide, notamment du carburant, peut traverser le passage 3b comme l'indique la flèche D. Dans cet exemple de réalisation, on supprime l'aiguille d'injecteur. L'élément d'étanchéité 16 est ainsi réalisé de façon analogue au quatrième mode de réalisation de l'élément d'étanchéité. Pour le reste, cet exemple de réalisation correspond aux exemples précédents 15 auxquels il sera référé pour la description. Il est à remarquer que les exemples de réalisation présentés ne sont pas limitatifs. Ces exemples de réalisation peuvent être utilisés dans de multiples combinaisons et aussi isolément sans sortir du cadre de l'invention tel que défini. 20 25 30 REVENDICATIONS 1 ) Soupape comportant un organe d'obturation de soupape (2, 6) et un siège de soupape (3), caractérisée en ce que la zone d'étanchéité (4) de l'organe d'obturation de soupape (2, 6) et/ou le siège de soupape (3) sont en verre métallique. 2 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (2) et/ou le siège de soupape (3) sont fabriqués complètement en verre métallique. 3 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (2, 6) et/ou le siège de soupape (3) comprennent un élément d'étanchéité (13, 14, 16) en verre métallique. 4 ) Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément d'étanchéité (13, 14, 16) présente une arête d'étanchéité (14b). 5 ) Soupape selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (6) est un corps creux rempli d'un gaz (7) ou d'un liquide. 6 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape (6) est en forme de bille. 7 ) Soupape selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'organe d'obturation de soupape en forme de bille présente des zones aplaties (2a). 35 2907872 9 8 ) Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte un actionneur, notamment un actionneur piézo-électrique (8) pour déplacer un poussoir (17) relié à l'organe d'obturation de sou-5 pape (2). 9 ) Utilisation de verre métallique comme élément d'étanchéité d'une soupape, notamment d'un injecteur de carburant. io