Brevet FR3096415A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Vanne pour injecteur d'un moteur de véhicule automobile Domaine technique [0001] L'invention a pour objet une vanne optimisée pour une commande électromagnétique d'un injecteur de carburant, tel que du diesel, pour un moteur à combustion, notamment de véhicule automobile. Technique antérieure [0002] De façon connue, un injecteur comprend une aiguille disposée dans une une chambre remplie de carburant et dans laquelle elle coulisse entre une position d'ouverture de la chambre et une position de fermeture de la chambre. Pour ce faire, l'aiguille est pourvue d'une première extrémité conformée pour fermer de façon étanche la chambre en position de fermeture, ainsi que d'une deuxième extrémité connectée fluidiquement à une vanne de commande. [0003] Généralement, une telle vanne comporte un corps de vanne et une tige associée. La tige est munie d'un siège destiné à coopérer avec un élément de guidage de l'aiguille et une tête, opposée au siège, pilotée par une bobine. Selon que la bobine est alimentée ou non en courant électrique, la tige occupe une position basse, dans laquelle le siège repose de façon étanche sur l'élément de guidage de l'aiguille ou une position basse, dans laquelle le siège est à distance de l'élément de guidage Ainsi, le mouvement de la tige entre la position basse et la position haute entraîne le coulissement de l'aiguille dans la chambre. [0004] Néanmoins, au fur et à mesure de son utilisation, l'injecteur s'use et la quantité de carburant libérée augmente progressivement, en particulier dans une zone dite balistique entre la position de fermeture et la position d'ouverture de la chambre. On parle de dérive de l'injecteur Résumé [0005] Le but de la présente invention est de réduire cette dérive de l'injecteur. [0006] A cet effet, l'invention a pour objet vanne d'une commande électromagnétique d'un injecteur de carburant d'un moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, l'injecteur comprenant une aiguille guidée le long d'un axe longitudinal dans un corps de buse entre un guide bas et un guide haut et, la vanne comprenant un corps de vanne, une tige délimitée entre un siège de vanne et une extrémité, dite haute, opposée au siège de vanne, la tige étant conformée pour être pilotée par une bobine, la tige étant conformée pour coulisser le long d'un axe longitudinal dans le corps de vanne entre une position d'ouverture dans laquelle le siège de vanne est à distance d' une face su- 2 péricure du guide haut et une position de fermeture d'un canal d'évacuation débouchant dans ladite face supérieure, position dans laquelle le siège de vanne est en contact avec ladite face supérieure du guide haut et, le long d'un cercle, dit cercle de contact, entourant l'ouverture dudit canal d'évacuation, une surface du siège de vanne comprenant une surface centrale convexe, une surface interne s'étendant entre la surface centrale convexe et le cercle de contact, une première surface externe s'étendant entre le cercle de contact et une extrémité, dite intermédiaire et formant un angle non nul avec une direction orthogonale à l'axe longitudinal, appelé premier angle arrière, une projection de l'extrémité intermédiaire dans un plan longitudinal étant espacée d'une droite délimitée par une projection du cercle de contact dans ledit plan longitudinal et une extrémité du bord longitudinal dans ledit plan longitudinal, une surface de jonction entre la première surface externe et ledit bord longitudinal, dite deuxième surface externe, et formant un angle non nul avec ladite direction orthogonale à l'axe longitudinal, appelé deuxième angle arrière, le deuxième angle arrière étant supérieur du premier angle arrière. [0007] Grâce aux deux pentes d'inclinaison différentes du siège de la vanne selon la présente invention, la pression de contact entre le siège et l'élément de guidage en position de fermeture est drastiquement réduite, ce qui permet de minimiser la dérive de l'injecteur au cours du temps tout en assurant une rapidité suffisante de mouvement de la tige entre la position de fermeture et la position d'ouverture. [0008] Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier angle arrière est compris entre 0,5° et 5°. [0009] Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier angle arrière est compris entre 1,5° et 2°. [0010] Selon une autre caractéristique de l'invention, dans une section longitudinale, une longueur de la première surface externe est comprise entre 5pm et 100 pm. [0011] Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième angle arrière est compris entre 15° et 60°. [0012] Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième angle arrière est compris entre 40° et 50°. [0013] Selon une autre caractéristique de l'invention, dans une section longitudinale, une longueur de la deuxième surface externe est comprise entre 5 pm et 100 pm. [0014] Selon une autre caractéristique de l'invention, dans une section longitudinale, une longueur de la surface interne est comprise entre 15 pm et 100 pm. [0015] Selon une autre caractéristique de l'invention, l'angle de siège est compris entre 0,1° et 2,5°. [0016] Selon une autre caractéristique de l'invention, un diamètre du siège de vanne est compris entre 1,7 mm et 2 mm. 3 100171 L'invention a également pour objet un injecteur de carburant, notamment de diesel, pour un moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant une vanne telle que décrite précédemment. Brève description des dessins [0018] D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la des- cription détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 [0019] [fig.1] illustre une vue en coupe longitudinale partielle d'un injecteur comprenant une vanne selon la présente invention. Fig. 2 [0020] [fig.2] illustre une vue de détail du siège de vanne de la figure 2. Fig. 3 [0021] [fig.3] illustre une vue de détail du siège de la figure 2 selon un premier mode de réa- lisation de l'invention. Fig. 4 [0022] [fig.4] illustre une vue de détail du siège de la figure 3. Fig. 5 [0023] [fig.5] illustre une vue de détail du siège de la figure 2 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Fig. 6 [0024] [fig.6] illustre une vue de détail du siège de la figure 5. Fig. 7 100251 Ifig.71 illustre une répartition de pression exercée sur le siège de la figure 3. Description des modes de réalisation [0026] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0027] L'invention a pour objet une vanne 1 pour une commande électromagnétique 2 d'un injecteur 3 de carburant pour un moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, ainsi que l'injecteur 3 associé. Le carburant est préférentiellement du diesel. [0028] Comme il ressort de la figure 1, l'injecteur 3 comprend une aiguille 4 et un corps 5. [0029] Le corps 5 comprend un évidement formant une chambre de circulation de carburant 6. [0030] L'aiguille 4 s'étend le long d'un axe longitudinal X entre une extrémité inférieure (non illustrée) conformée pour obturer une sortie de la chambre et une extrémité supérieure 7 conformée pour être pilotée par la vanne 1. 100311 L'aiguille 4 est adaptée pour translater le long de l'axe X dans le corps 6 de l'injecteur 3 entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Dans la position de fermeture, l'extrémité inférieure obture la sortie de la chambre, empêchant le carburant de s'écouler hors de la chambre. Dans la position d'ouverture, l'extrémité inférieure est maintenue à distance de la sortie et le carburant s'écoule hors de la chambre ; alors, l'injecteur 3 alimente le moteur en carburant. [0032] L'injecteur 3 comprend également un ressort 8 pour ramener l'aiguille 4 en position d'ouverture, comme il va être expliqué. [0033] Le coulissement de l'aiguille 4 dans le corps 5 est piloté par la vanne 1, qui va maintenant être détaillée, via une chambre de pilotage 9. [0034] Comme visible sur la figure 1, la vanne 1 comprend un corps de vanne 10 et une tige 11. [0035] La tige 11 s'étend le long d'un axe X' parallèle à l'axe X entre un siège de vanne 12 formant extrémité inférieure de la tige 1 et une extrémité 13, dite haute, opposée au siège de vanne 12. On note que l'axe X' est un axe de révolution de la tige 11. [0036] Le siège de vanne 11 sera décrit en détails ultérieurement. [0037] La tige 11 est conformée pour coulisser le long de l'axe X' dans le corps de vanne 10 entre une position de fermeture de la vanne 1 dans laquelle le siège de vanne 12 repose de façon étanche sur un guide 14 de l'aiguille 4 de r injecteur 3 et une position d'ouverture de la vanne 1 dans laquelle le siège de vanne 11 est à distance du guide 14. [0038] On note que la vanne est conformée pour que le siège de vanne 12 soit en contact avec le guide haut 14 en position de fermeture en délimitant un cercle de contact entre le siège de vanne 12 et le guide haut. [0039] Le coulissement de la tige 11 dans le corps 10 est piloté par la commande électroma- gnétique 2, qui comprend, comme illustré sur la figure 1, une bobine 15 ainsi qu'un ressort 16. [0040] En fonctionnement, quand la bobine 15 n'est pas alimentée en courant électrique, la tige 11, sous l'effet du ressort 16, repose sur le guide 14 de façon étanche. La vanne 1 est alors en position de fermeture. La pression exercée par le carburant dans la chambre de pilotage 9 pousse l'aiguille 4 en position de fermeture de l'injecteur 3. [0041] Quand la bobine 15 est alimentée en courant électrique, une force électromagnétique fait monter la tige 11 qui se déplace de la position de fermeture à la position d'ouverture, créant un chemin de fuite de carburant autour du siège de vanne 12. Sous l'effet de la force de rapport du ressort 8, l'aiguille 4 monte jusqu'à la position d'ouverture de l'injecteur 3. [0042] Bien entendu, l'invention ne se limite pas au pilotage décrit précédemment. [0043] Le siège de vanne 12 est maintenant détaillé. [0044] Comme il ressort des figures 2 à 8, une section longitudinale 17 du siège de vanne 12 comprend un premier bord longitudinal 18 et un deuxième bord longitudinal (non illustré) opposés ainsi qu'un fond 20 entre les bords longitudinaux. [0045] Le fond 20 comprend un point, référencé PC (pour point de contact), correspondant au contact entre le siège de vanne 12 et le guide 14 de l'aiguille 4. [0046] Le point de contact est une projection dans la section longitudinale 17 du cercle de contact. [0047] Entre le point de contact PC et le premier bord longitudinal 18, le fond 20 comprend un premier segment 21 s'étendant entre le point de contact PC et un point d'extrémité, dit point intermédiaire, référencé PI. [0048] Le fond 20 comprend également un deuxième segment 22 s'étendant entre le point d'extrémité intermédiaire PI et le bord longitudinal 18. [0049] Le premier segment 21 correspond à une projection dans la section longitudinale 17 d'une surface conique, dite première surface externe. [0050] De même, le deuxième segment 22 correspond à une projection dans la section longi- tudinale 17 d'une surface faisant jonction entre la première surface externe et le bord longitudinal. [0051] Comme également visible sur les figures, entre le point de contact PC et le deuxième bord longitudinal, le fond 20 comprend un troisième segment 23 s'étendant entre le point PC et un second point d'extrémité, dit point intermédiaire PII et formant un angle, dit angle de siège fi, avec la direction D. Le fond 20 comprend aussi un quatrième segment 24 s'étendant à partir du point intermédiaire Pli. [0052] On note que le siège de vanne est également déterminé par son diamètre, qui est égal à deux fois la distance entre l'axe X' et le point de contact PC. [0053] Comme clairement visible sur les figures, le premier segment 21 forme un angle non nul al avec une direction D orthogonale à l'axe longitudinal X, appelé premier angle arrière al. [0054] De manière analogue, le deuxième segment 22 forme un angle non nul a2 avec la direction D, appelé deuxième angle arrière a2, le deuxième angle arrière a2 étant différent du premier angle arrière al. [0055] La configuration des deux angles arrière al et a2 permet une réduction drastique de la pression de contact exercée sur le siège de vanne par l'élément de guidage. [0056] Avantageusement, les plages suivantes assurent une pression de contact réduite ainsi qu'une vitesse de coulissement de la vanne suffisante : - le premier angle arrière al est compris entre 0,5° et 5°, de préférence entre 1,5° et 2 - le deuxième angle arrière a2 est compris entre 15° et 60°, notamment, entre 40° et 50°, de préférence de l'ordre de 45°, - la longueur du premier segment 20 est comprise entre .5!_trn et 100 pm, de préférence entre 20 pin et 100 Mm, - la longueur du deuxième segment 21 est comprise entre 5 pm et 100 pm, de 6 préférence entre 25 Fim et 40 pm, - l'angle de siège est compris entre 0,1' et 2,5', de préférence entre 0,75' et 1', - la longueur du troisième segment 22 est comprise entre 15 ?am et 100 Fim, de préférence entre 45 Fim et 100 pm, - le diamètre du siège de vanne est compris entre 1,7 mm et 2 mm, de préférence entre 1,79 mm et 1,94 mm. [0057] Selon la variante des figures 4 et 5, la vanne 1 présente les caractéristiques suivantes : - le premier angle arrière al est 1,5' - le deuxième angle arrière a2 est 45', - la longueur du premier segment 20 est de 20 pm, - la longueur du deuxième segment 21 est 25 pm, - l'angle de siège est 0,75', - la longueur du troisième segment 22 est 45 Fim, - le diamètre du siège de vanne est 1,983 mm. [0058] Selon la variante des figures 6 et 7, qui correspond au mode de réalisation préféré, la vanne 1 présente les caractéristiques suivantes : - le premier angle arrière al est 2 - le deuxième angle arrière a2 est 45', - la longueur du premier segment 20 est de 100 pm, - la longueur du deuxième segment 21 est 40 'lm, - l'angle de siège est 1°, - la longueur du troisième segment 22 est 100 pm, - le diamètre du siège de vanne est 1,793 mm. [0059] La réduction du diamètre du siège entre la variante des figures 6 et 7 par rapport à la variante des figures 4 et 5 permet d'augmenter encore l'effort hydraulique sur les premier et deuxième segments 21, 22, ce qui augmente la rapidité de mouvement de la vanne I. [0060] Notamment, des simulations ont permis de montrer que la première variante induit une force hydraulique de l'ordre de 41N et une force de contact de 1600 MPa contre des valeurs respectives de l'ordre de 60N et de 3700 MPa pour une vanne de l'art antérieur : ainsi, la première variante permet bien une forte diminution de la pression de contact tout en assurant une force hydraulique du même ordre de grandeur, impliquant des vitesses de coulissement équivalentes. [0061] Comme illustré sur la figure 8, une pression élevée est exercée sur les premier et deuxième segments 21,22, ce qui augmente la force hydraulique. [0062] Des simulations ont également permis de montrer que la deuxième variante induit une force hydraulique de l'ordre de 60N et une force de contact de 1600 MPa. La 7 vitesse de coulissement de la deuxième variante est par conséquent encore améliorée. [0063] Le segment 22 illustré est rectiligne. Néanmoins, la deuxième surface externe ne se limite pas à cette forme, et tout type de jonction entre la première surface externe et le bord longitudinal pourrait être envisagé, à condition d'obtenir des valeurs appropriées pour la force hydraulique et la vitesse de coulissement. Par exemple, la surface 22 pourrait être concave ou au contraire convexe. La surface 22 pourrait également une forme de marche dans la section longitudinale 17. [0064] X axe longitudinal de l'injecteur X' axe longitudinal de la vanne D direction orthogonale à X' PC point de contact PI point intermédiaire PH second point intermédiaire al premier angle arrière a2 deuxième angle arrière ri angle de siège 1 Vanne 2 Commande électromagnétique 3 Injecteur 4 Aiguille 5 Corps d'injecteur 6 Extrémité supérieure de l'aiguille 7 Chambre de circulation 8 Ressort 9 Chambre de pilotage Corps de vanne 11 Tige 12 Siège de vanne 13 Extrémité haute 14 Guide de l'aiguille Bobine 16 Ressort 17 Section longitudinale 18 Bord longitudinal Fond 21 Premier segment 22 Deuxième segment 23 Surface interne Troisième segment 24 Quatrième segment. 8 9 [Revendication 1] [Revendication 2] REVENDICATIONSVanne d'une commande électromagnétique (2) d'un injecteur (3) de carburant d'un moteur à combustion, notamment de véhicule automobile, l'injecteur comprenant une aiguille (4) guidée le long d'un axe longitudinal (X) dans un corps de buse entre un guide bas et un guide haut (14) et, la vanne comprenant : - un corps de vanne (10), - une tige (11) délimitée entre un siège de vanne (12) et une extrémité (13), dite haute, opposée au siège de vanne (12), la tige étant conformée pour être pilotée par une bobine (15) (2), la tige (11) étant conformée pour coulisser le long d'un axe longitudinal (X') dans le corps de vanne entre une position d'ouverture dans laquelle le siège de vanne (12) est à distance d'une face supérieure du guide haut (14) et une position de fermeture d'un canal d'évacuation débouchant dans ladite face supérieure, position dans laquelle le siège de vanne (12) est en contact avec ladite face supérieure du guide haut (14) et, le long d'un cercle, dit cercle de contact, entourant l'ouverture dudit canal d'évacuation, une surface (17) du siège de vanne (12) comprenant : - une surface centrale convexe (24), - une surface interne (23) s'étendant entre la surface centrale convexe (24) et le cercle de contact (PC), - une première surface externe (21) s'étendant entre le cercle de contact (PC) et une extrémité, dite intermédiaire (PI) et formant un angle non nul (al) avec une direction (D) orthogonale à l'axe longitudinal (X'), appelé premier angle arrière (al), - une projection de l'extrémité intermédiaire dans un plan longitudinal étant espacée d'une droite délimitée par une projection du cercle de contact (PC) dans ledit plan longitudinal et une extrémité du bord longitudinal (18) dans ledit plan longitudinal, - une surface de jonction entre la première surface externe (21) et ledit bord longitudinal (18) du siège de vanne, dite deuxième surface externe (22), et formant un angle non nul (a2) avec ladite direction (D) orthogonale à l'axe longitudinal (X), appelé deuxième angle arrière (a2), le deuxième angle arrière (a2) étant supérieur du premier angle arrière (al). Vanne selon la revendication précédente, dans laquelle le premier angle 10 [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] arrière (al) est compris entre 0,50 et 5'. Vanne selon la revendication précédente, dans laquelle le premier angle arrière (al) est compris entre 1,50 et 2'. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, dans une section longitudinale (17), une longueur de la première surface externe (21) est comprise entre 5pm et 100 pm. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième angle arrière (a2) est compris entre 150 et 60°. Vanne selon la revendication précédente, dans laquelle le deuxième angle arrière (a2) est compris entre 40' et 50'. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, dans une section longitudinale (17), une longueur de la deuxième surface externe (22) est comprise entre 5 pm et 100 pin. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle, dans une section longitudinale, une longueur de la surface interne (23) est comprise entre 15 p.m et 100 pm. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un angle de la surface interne, dit surface de siège (Ji), est compris entre 0,10 et 2,5°. Vanne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un diamètre du siège de vanne (11) est compris entre 1,7 min et 2 mm. Injecteur de carburant, notamment de diesel, pour un moteur à combustion de véhicule automobile, comprenant une vanne selon l'une des revendications précédentes.