EP1336049A1 - Clapet de securite pour systeme de delivrance dosee de fluides - Google Patents

Clapet de securite pour systeme de delivrance dosee de fluides

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EP1336049A1
EP1336049A1 EP01980604A EP01980604A EP1336049A1 EP 1336049 A1 EP1336049 A1 EP 1336049A1 EP 01980604 A EP01980604 A EP 01980604A EP 01980604 A EP01980604 A EP 01980604A EP 1336049 A1 EP1336049 A1 EP 1336049A1
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EP
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seat
safety valve
rod
shutter means
translation
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EP01980604A
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Nicolas Delmas
Philippe Masson
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/08—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle specially for low-pressure fuel-injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/08—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves opening in direction of fuel flow
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0205—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively for cutting-out pumps or injectors in case of abnormal operation of the engine or the injection apparatus, e.g. over-speed, break-down of fuel pumps or injectors ; for cutting-out pumps for stopping the engine
    • F02M63/0215—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively for cutting-out pumps or injectors in case of abnormal operation of the engine or the injection apparatus, e.g. over-speed, break-down of fuel pumps or injectors ; for cutting-out pumps for stopping the engine by draining or closing fuel conduits

Definitions

  • the present invention relates to a safety valve intended to equip a fluid spraying system.
  • the present invention relates more particularly to a safety valve, integrated into a system used for the metered delivery of fluids, and making it possible to act, in the event of a malfunction of the shutter means of the aforementioned device, on the flow of injected fluid.
  • Such a system can, for example, be used in an injection device such as that described in patent application FR 99-14548, filed by the Applicant.
  • a particular device intended for spraying fluids in the fuel injection systems of a motor vehicle, and characterized in particular in that a rod or needle deforms elastically under the stress of ultrasonic waves, so as to define at its end an annular ejection slot relative to a valve seat.
  • the aforementioned needle is of the outgoing or suspended type and cooperates at its other end with a mass and elastic return means housed in a cavity formed in the rear part of the housing of the injector.
  • the device thus described is intended to be supplied by a pressurized fluid.
  • the body of the injector is permanently filled with fluid and the shutter means formed by the valve on its seat seal the system at rest when no deformation is applied to the needle.
  • an outgoing needle injector is therefore characterized by the fact that the needle is subjected to tensile stresses.
  • the opening is generated by deformations of the needle.
  • said needle has a relatively small section so as to reduce the amount of energy required to open the valve.
  • a drawback of the device described in patent application FR 99-14548 stems from the fact that in the event of the needle head breaking, no means of regulation is provided in order to avoid the uninterrupted injection of fuel under pressure inside the combustion chamber.
  • the object of the present invention is therefore to propose the production of a safety valve, making it possible to avoid the aforementioned problems, in the event of a needle rupture on an injector with outgoing needle.
  • the stress generated by the elastic return means of the needle is used to actuate and maintain a safety valve in the high pressure supply circuit. More precisely, the initial prestressing, necessary to ensure the tightness of the valve seat, and to which the needle is subjected, is transferred, when said needle breaks, to the safety valve.
  • said valve is formed, on the one hand, of a movable part whose end is at least partially spherical, and on the other hand, of a fixed seat, which may be of shape conical, shaped in the end of the channel intended to supply the injector with fuel, so that, in the event of rupture of the needle, the abovementioned spherical part, initially detached from its seat, comes to cooperate with said seat under the action of the forces generated by the elastic return means, and thus obstruct the channel through which the fuel arrives, thus preventing the said fuel from spilling inside the cylinder.
  • the movable part of the valve is shaped on the end of a mass which constitutes the mechanism for break in impedance as described in patent application FR99-14548.
  • the translation of the aforementioned mass under the action of elastic return forces, in the event of a rupture of the needle causes a translation of the movable part of the valve, so that the spherical end of said movable part comes to cooperate with the conical fixed part and thus causes the filling channel of the injector to be closed.
  • the fuel supply channel has a substantially smaller outlet section than the nose of the injector.
  • FIG. 1 represents a first embodiment of the safety valve, object of the present invention, the valve being open
  • FIG. 2 represents the same view as FIG. 1, the valve being closed,
  • FIG. 3 represents a second embodiment of the safety valve, the valve being open,
  • FIG. 4 shows the same view as Figure 1, the valve being closed
  • Figure 5 shows a sectional view of particular elements, the mass and the return means elastic of the injection system according to the second embodiment, according to different positions, so as to explain the principle of operation of the present invention.
  • the common elements are represented with the same reference.
  • the injection system consists of an injector body 3 comprising an interior cavity 15 in which are arranged elastic return means 1, which exert a prestress on a rod 4, by means of a mass 5, integral with a first end, said rod 4, over a fixed length.
  • the other end of the rod 4 comprises a head 6 resting on a valve seat 7 disposed on the injector body 3.
  • the system thus forms a valve which ensures at rest the seal of the injector nose.
  • the internal cavity 15 of the body of the injector 3 is filled with fuel under pressure, so that the forces exerted by the fluid are distributed, at the level of the head 6 of the rod 4, on a section surface denoted SI.
  • the utility of the prestressing exerted by the elastic return means 1 is to oppose the aforementioned forces in order to avoid detachment of the said head 6 of the rod 4 relative to the valve seat 7 under the action of pressure forces.
  • this preload is increased to compensate for play and to guarantee a total seal, which does not only result in a macroscopic equilibrium of the forces exerted on the head of the rod.
  • the internal cavity 15 of the injector housing 3 is intended to be closed by means of a closing member 12 inside which is formed a bore 8.
  • the supply of pressurized fuel to the injector housing 3 is carried out by means of the bore 8 which opens into the internal cavity 15 of the injector housing 3 by forming an orifice, or seat 9.
  • the valve consists of two elements, the first consists by the seat 9, the second by a shutter means 10 which is integral with the mass 5 and extends over one end of the latter, said mass 5 cooperating in abutment with the elastic return means 1 on the opposite end, the said elastic return means 1 themselves being supported on the bottom of the internal cavity 15 of the injector housing 3.
  • the shutter means 10 has an upper part 11 which is at least partially conical and preferably spherical, which may, for example, be produced using a ball bearing ball, preferably of low grade ( ⁇ 10) so as to benefit of a good surface condition guaranteeing a good seal when being pressed on the seat 9.
  • Said bore 8 is produced so that at least the seat 9 thus obtained is aligned with the shutter means 10, so that the upper part 11 of the shutter means 10 can come to cooperate with the seat 9 when a vertical translation along the orientation referenced A is applied to the mass 5.
  • Said means for translating the mass 5 are provided by the elastic return means 1 when a rupture occurs in the rod.
  • the mass 5 is in equilibrium under the joint action of the forces generated by the elastic return means 1 and the efforts to retain the rod 4 due to the action of the head 6 of the rod 4 on the valve seat 7.
  • the upper end 11 of the shutter means 10 then defines with the seat 9, a distance e2. In the case of normal operation of the injector, the shutter means 10 therefore does not prevent the free circulation of fuel. As long as the rod 4 is not broken, the fuel flows freely through the conduit 8. It should be emphasized that it is not the pressure forces which generate the opening of the safety valve.
  • a condition for sealing the valve on its seat is then obtained by combining (1), (2) and (3):
  • FIG. 3 which represents a second embodiment of the present invention, there is an architecture similar to that described in FIGS. 1 and 2, except that the shutter means 10 are no longer secured to the mass 5, and that secondary elastic return means 2 have been added between the closure member 12 of the injector housing 3 and the mass 5.
  • the aforementioned shutter means 10 always consists of a member of at least partially spherical shape, for example a ball bearing ball. It is placed, free in translation in direction A, inside a sheath 13 which extends between the seat 9, and the end of a pin 14 shaped on the mass 5, the sheath 13 having each of its ends an obviously annular diameter substantially smaller than that of the shutter means 10, so as to define two extreme positions between which the shutter means 10 can move.
  • the sleeve 13 is integrally connected at one of its two ends with the cover 12.
  • the axis of the sleeve 13 is aligned with the seat 9, so that the shutter means 10, under the action of a translation oriented along A can cooperate with seat 9.
  • the second section narrowing, shaped at the other end of the sheath, defines a second annular space inside which the cylindrical pin 14 can slide, the latter being integral with the end of the mass 5.
  • the length of the cylindrical pin 14 is adapted so as to cause, in the event of a rupture of the rod 4, the translation of the shutter means 10 along A, until the shutter means 10 comes to cooperate with the seat 9.
  • the means for translating the pin 14 are provided by the forces generated by the elastic material 1 on the mass 5.
  • the valve system thus formed therefore makes it possible to block the fuel supply channel, that is to say the bore 8, generating a closure of the seat 9 by the closure means 10 during a rupture of the rod 4.
  • the sealing condition of the valve can then be expressed by taking stock of the forces exerted by the mass 5 on the shutter means 10.
  • FIG. 5 represents different positions of the mass 5 (shown in solid lines), and elastic return means 1 and secondary elastic return means 2 (shown in dotted lines) for a better understanding of the operating principle of the second mode of realization of the invention. Also shown on this diagram are the external forces applied to mass 5.
  • This force is opposed to the pressure forces which apply at the level of the orifice 9 of the bore 8, on a section S2.
  • F ob ⁇ rateUr Kx [ ⁇ X x -X l ) -2x ⁇ e, Ae 1 ) ⁇
  • the functionality of the system is dependent on the ratio of sections SI and S2.
  • Another advantage of this embodiment comes from the fact that the guiding in translation of the part mobile shutter means is no longer provided by the mass but by the sleeve, which reduces the guiding constraints in translation of the mass.
  • Another advantage of this second embodiment is to allow decoupling in the production of the movable part of the shutter means of the safety valve and that of the mass.
  • the use of a calibrated ball bearing ball as a shutter means no longer requires, for example, taking into account the means for fixing said ball to the solid.
  • the possible variation in thickness between the upper part of the mass can be easily taken into account by modifying the height of the pin, shaped at the end of the mass.
  • this second embodiment of the safety valve is particularly suitable in the case of integration into a fluid spraying device, as described in patent application FR99-14548, filed by the Applicant.

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Abstract

Clapet de sécurité, destiné à équiper un système de délivrance dosée de fluide alimenté en carburant sous pression par un conduit d'alimentation et équipé d'une tige sortante (4) qui forme une soupape d'éjection avec un premier siège (7). Le clapet comporte au moins deux parties distinctes (9, 10), une première partie formant un second siège (9), le dit second siège (9) étant conformé à l'extrémité du conduit d'alimentation en carburant et pouvant coopérer avec une seconde partie, dite partie mobile (10), qui constitue les moyens obturateurs, lesdits moyens obturateurs (10) pouvant se déplacer sous l'action de moyens de mise en translation (5) afin de venir coopérer avec le second siège (9), et obturer le conduit d'alimentation.

Description

CLAPET DE SECURITE POUR SYSTEME DE DELIVRANCE DOSEE DE
FLUIDES
La présente invention concerne un clapet de sécurité destiné à équiper un système de pulvérisation de fluides .
La présente invention concerne plus particulièrement un clapet de sécurité, intégré à un système utilisé pour la délivrance dosée de fluides, et permettant d'agir, dans le cas d'un dysfonctionnement des moyens obturateurs du dispositif précité, sur le débit de fluide injecté.
Un tel système peut, par exemple, être utilisé dans un dispositif d'injection tel que celui décrit dans la demande de brevet FR 99-14548, déposée par la Demanderesse.
Par ce document, on connaît un dispositif particulier, destiné à la pulvérisation de fluides dans les systèmes d'injection de carburant d'un véhicule automobile, et caractérisé notamment en ce qu'une tige ou aiguille se déforme éiastique ent sous la contrainte d'ondes ultrasonores, de manière à définir en son extrémité une fente annulaire d'éjection par rapport à un siège de soupape. Plus précisément, l'aiguille précitée est de type sortante ou suspendue et coopère à son autre extrémité avec une masse et des moyens de rappel élastique logés dans une cavité formée dans la partie arrière du boîtier d' mjecteur .
L' étanchéité de la soupape formée par la dite aiguille sur son siège est alors assurée par les efforts de traction, exercés par les moyens de rappel élastiques précités sur l'aiguille.
Le dispositif ainsi décrit est destiné à être alimenté par un fluide sous pression. En particulier, le corps de l'injecteur est en permanence rempli de fluide et les moyens obturateurs formés par la soupape sur son siège assurent l'étanchéité du système au repos lorsqu ' aucune déformation n'est appliquée à l'aiguille.
Contrairement à un injecteur classique, un injecteur à aiguille sortante se caractérise donc par le fait que l'aiguille est soumise à des contraintes de traction. De plus, dans le cas particulier de la demande de brevet FR 99-14548, l'ouverture est générée par des déformations de l'aiguille. Ainsi, dans le but d'améliorer le rendement du dispositif, il est nécessaire que la dite aiguille présente une section relativement faible de manière à réduire la quantité d' énergie nécessaire à l'ouverture de la soupape.
L'ensemble des caractéristiques du dispositif énoncées ci-dessus, contribuent à augmenter les risques de rupture de l'aiguille en fatigue par rapport à un injecteur classique. Or, dans le cas d'une rupture de l'aiguille, la tête de la dite aiguille qui forme les moyens obturateurs de la soupape n'est plus maintenue en contact contre l'extrémité du siège et l'étanchéité du système au repos n'est alors plus assurée.
Un inconvénient du dispositif décrit dans la demande de brevet FR 99-14548 provient du fait qu'en cas de rupture de la tête d'aiguille, aucun moyen de régulation n'est prévu afin d'éviter l'injection ininterrompue de carburant sous pression à l'intérieur de la chambre de combustion.
L'objet de la présente invention est donc de proposer la réalisation d'un clapet de sécurité, permettant d'éviter les problèmes précités, dans le cas d'une rupture d'aiguille sur un injecteur à aiguille sortante.
Selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, on utilise la contrainte générée par les moyens élastiques de rappel de l'aiguille, pour actionner et maintenir un clapet de sécurité dans le circuit d'alimentation haute pression. Plus précisément, la précontrainte initiale, nécessaire à assurer l'étanchéité du siège de soupape, et à laquelle est soumise l'aiguille, est transférée, lors de la rupture de la dite aiguille, au clapet de sécurité.
Selon le même mode de réalisation, le dit clapet est formé, d'une part, d'une pièce mobile dont l'extrémité est au moins partiellement sphérique, et d'autre part, d'un siège fixe, qui pourra être de forme conique, conformé dans l'extrémité du canal destiné à alimenter l' injecteur en carburant, de manière à ce que, en cas de rupture de l'aiguille, la pièce sphérique précitée, initialement décollée de son siège, vienne coopérer avec le dit siège sous l'action des efforts générés par les moyens élastiques de rappel, et ainsi obstruer le canal par lequel arrive le carburant, empêchant ainsi le dit carburant de se déverser à l'intérieur du cylindre.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, la partie mobile du clapet est conformée sur l'extrémité d'une masse qui constitue le mécanisme de rupture d'impédance tel que décrit dans la demande de brevet FR99-14548.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la translation de la masse précitée sous l'action des forces de rappel élastiques, dans le cas d'une rupture de l'aiguille, provoque une translation de la partie mobile du clapet, de sorte que l'extrémité sphérique de la dite partie mobile vienne coopérer avec la partie fixe conique et provoque ainsi l'obturation du canal de remplissage de l' injecteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le canal d'alimentation en carburant présente une section de sortie sensiblement plus faible que le nez de 1 ' injecteur.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après de deux modes de réalisation, présentés à titre non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un premier mode de réalisation du clapet de sécurité, objet de la présente invention, le clapet étant ouvert,
- la figure 2 représente la même vue que la figure 1, le clapet étant fermé, la figure 3 représente un second mode de réalisation du clapet de sécurité, le clapet étant ouvert,
- la figure 4 représente la même vue que la figure 1, le clapet étant fermé, la figure 5 représente une vue en coupe d' éléments particuliers, la masse et les moyens de rappel élastiques du système d'injection selon le second mode de réalisation, selon différentes positions, de façon à expliciter le principe du fonctionnement de la présente invention . Sur les différentes figures, les éléments communs sont représentés avec la même référence.
En se reportant à la figure 1, nous avons détaillé un premier mode de réalisation particulier du clapet de sécurité objet de l'invention, dans le cas d'une intégration à un système de délivrance dosée de fluide tel que décrit dans la demande de brevet FR 99-14548, déposé par la Demanderesse.
Le système d'injection se compose d'un corps d' injecteur 3 comprenant une cavité intérieure 15 dans laquelle sont disposées des moyens de rappel élastique 1, qui exercent une précontrainte sur une tige 4, par l'intermédiaire d'une masse 5, solidaire d'une première extrémité la dite tige 4, sur une longueur fixée.
L'autre extrémité de la tige 4 comporte une tête 6 en appui sur un siège de soupape 7 disposé sur le corps d' injecteur 3. Le système forme ainsi une soupape qui assure au repos l'étanchéité du nez d' injecteur.
En effet, lorsque l' injecteur est en fonctionnement, la cavité intérieure 15 du corps de 1' injecteur 3 est rempli de carburant sous pression, de sorte que des efforts exercés par le fluide sont répartis, au niveau de la tête 6 de la tige 4, sur une surface de section notée SI. L'utilité de la précontrainte exercée par les moyens de rappel élastique 1 est de s'opposer aux efforts précités afin d'éviter un décollement de la dite tête 6 de la tige 4 par rapport au siège de soupape 7 sous l'action des forces de pression.
Dans la pratique cette précontrainte est majorée pour compenser les jeux et pour garantir une étanchéité totale, laquelle ne se traduit pas uniquement par un équilibre, macroscopique, des forces s' exerçant sur la tête de la tige.
La cavité intérieure 15 du boîtier d' injecteur 3 est destinée à être fermée par l'intermédiaire d'un organe de fermeture 12 à l'intérieur duquel est conformé un alésage 8. L'alimentation en carburant sous pression du boîtier d' injecteur 3 s'effectue grâce à l'alésage 8 qui débouche dans la cavité intérieure 15 du boîtier d' injecteur 3 en formant un orifice, ou siège 9. Selon le premier mode de réalisation, le clapet se compose de deux éléments, le premier est constitué par le siège 9, le second par un moyen obturateur 10 qui est solidaire de la masse 5 et s'étend sur une extrémité de celle-ci, ladite masse 5 coopérant en appui avec les moyens de rappel élastique 1 sur l'extrémité opposée, les dits moyens de rappel élastique 1 étant eux même en appui sur le fond de la cavité intérieure 15 du boîtier d' injecteur 3.
Le moyen obturateur 10 présente une partie supérieure 11 au moins partiellement conique et preférentiellement sphérique, qui pourra être, par exemple, réalisée à l'aide d'une bille de roulement à bille, preférentiellement de grade faible (<10) de manière à bénéficier d'un bon état de surface garant d'une bonne étanchéité lors de la mise en appui sur le siège 9. Le dit alésage 8 est réalisé de manière à ce qu'au moins le siège 9 ainsi obtenu soit alignée avec le moyen obturateur 10, afin que la partie supérieure 11 du moyen obturateur 10 puisse venir coopérer avec le siège 9 lorsqu'une translation verticale selon l'orientation référencée A est appliquée à la masse 5. Les dits moyens de mise en translation de la masse 5 sont assurés par les moyens de rappel élastique 1 lorsqu'une rupture intervient dans la tige . Dans la position initiale du dispositif, telle que la représente sur la figure 1, la masse 5 est en équilibre sous l'action conjointe des forces générées par les moyens de rappel élastique 1 et les efforts de retenue de la tige 4 dues à l'action de la tête 6 de la tige 4 sur le siège de soupape 7. L'extrémité supérieure 11 du moyen obturateur 10 définit alors avec le siège 9, une distance e2. Dans le cas d'un onctionnement normal de l' injecteur, le moyen obturateur 10 n'empêche donc pas la libre circulation du carburant. Tant que la tige 4 n'est pas rompue, le carburant circule librement à travers le conduit 8. Il convient de souligner que ce ne sont pas les forces de pression qui génèrent l'ouverture du clapet de sécurité.
En revanche, si une rupture de la tige 4 se produit comme le représente la figure 2, l'équilibre mécanique de la masse 5 est rompu. Soumise alors à la seule force générée par les moyens de rappel élastique 1, la masse 5 se translate selon l'orientation A jusqu'à ce que le moyen obturateur 10 vienne coopérer avec le siège 9 de manière à provoquer l'obstruction de l'alésage 8, c'est-à-dire du canal d'alimentation en carburant. Dans ce cas, la section de contact entre la partie supérieure 11 du moyen obturateur 10 et le fluide sous pression est notée S2. La valeur des efforts exercés par le fluide sous pression sur le clapet est donc dépendante de cette valeur S2.
Afin que l'étanchéité du clapet soit assurée pour une pression P d'alimentation fixée, il est nécessaire de respecter certaines conditions de réalisation du dit clapet, et en particulier, une condition essentielle réside dans le fait que la section S2 précitée soit inférieure à la section Si.
En effet, si l'on suppose que la force initiale FI de traction exercée sur la tige 4 par les moyens de rappel élastique 1, que l'on peut considérer comme ayant une raideur K, comprimés d'une longueur Δx permet d'assurer l'étanchéité du nez d' injecteur, le dit nez étant alimenté sous une pression P. Sachant également que la dite pression P exerce un effort au niveau de la tête 6 de la tige 4 sur une surface de section notée SI, il vient :
Lors de la rupture de la tige 4, nous avons noté e2 le déplacement à appliquer au moyen obturateur 10 avant que celui-ci vienne coopérer avec le siège 9.
Il s'en suit que l'effort F2 généré par le matériau élastique 1 sur la partie mobile 10 du clapet de sécurité après la rupture de la tige 4 devient :
Si l'on suppose que la contrainte à appliquer sur le clapet pour assurer son étanchéité doit être au moins égale, voire supérieure à celle qui permet d'assurer l'étanchéité du nez il vient :
On obtient alors une condition d' étanchéité du clapet sur son siège en combinant ( 1 ) , ( 2 ) et ( 3 ) :
Kx {Ax- e2) x Sl > Kx {àx)x S2
Ce qui équivaut à :
Δx -e2 S2
S2 < x SI et par là même — < 1
Ax SI
Sur la figure 3, qui représente un second mode de réalisation de la présente invention, on retrouve une architecture similaire à celle décrite sur les figures 1 et 2, aux différences près que le moyen obturateur 10 n'est plus solidaire de la masse 5, et que des moyens de rappel élastique secondaires 2 ont été ajoutés entre l'organe de fermeture 12 du boîtier d' injecteur 3 et la masse 5.
Le moyen obturateur 10 précité est toujours constitué d'un organe de forme au moins partiellement sphérique, par exemple une bille de roulement à bille. Il est placé, libre en translation selon la direction A, à l'intérieur d'un fourreau 13 qui s'étend entre le siège 9, et l'extrémité d'un pion 14 conformé sur la masse 5, le fourreau 13 présentant à chacune de ses extrémités un évidemment annulaire de diamètre sensiblement inférieur à celui du moyen obturateur 10, de manière à définir deux positions extrêmes entre lesquelles peut se déplacer le moyen obturateur 10.
Le fourreau 13 est lié solidairement selon l'une de ses deux extrémités avec le couvercle 12. L'axe du fourreau 13 est aligné avec le siège 9, de manière à ce que le moyen obturateur 10, sous l'action d'une translation orientée selon A puisse venir coopérer avec le siège 9.
Le second rétrécissement de section, conformé à l'autre extrémité du fourreau, définit un second espace annulaire à l'intérieur duquel peut venir coulisser le pion cylindrique 14, ce dernier étant solidaire de l'extrémité de la masse 5.
La longueur du pion cylindrique 14 est adaptée de manière à provoquer, en cas d'une rupture de la tige 4, la translation du moyen obturateur 10 selon A, jusqu'à ce que le moyen obturateur 10 vienne coopérer avec le siège 9. Les moyens de mise en translation du pion 14 sont assurés par les efforts générés par le matériau élastique 1 sur la masse 5. Le système de clapet ainsi constitué permet donc de bloquer le canal d'alimentation en carburant, c'est-à-dire l'alésage 8, en générant une obturation du siège 9 par le moyen obturateur 10 lors d'une rupture de la tige 4.
Dans la position de repos du système, présentée sur la figure 3, le moyen obturateur 10 repose sur la partie inférieure du fourreau 13 et la surface supérieure 11 du moyen obturateur 10 définit avec l'orifice 9 de l'alésage 8 un jeu e2. Dans la même position, la partie inférieure du moyen obturateur 10 définit avec l'extrémité du pion cylindrique 14 un jeu el. En cas de rupture de la tige 4, la masse 5 se déplace selon l'orientation A sous l'action des moyens de rappel élastiques 1. Ce déplacement comble le jeu el, puis le pion 14 vient en contact avec le moyen obturateur 10 et pousse ce dernier selon l'orientation A jusqu'à combler complètement le jeu e2. L'alésage 8 est alors obturé, comme représenté sur la figure 4.
La condition d' étanchéité du clapet peut alors être exprimée en réalisant le bilan des forces exercées par la masse 5 sur le moyen obturateur 10.
La figure 5 représente différentes positions de la masse 5 (représentée en trait plein) , et des moyens de rappels élastiques 1 et des moyens de rappels élastiques secondaires 2 (représentés en traits pointillés) pour une meilleure compréhension du principe de fonctionnement du deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur ce schéma ont également été représentés les efforts extérieurs appliqués à la masse 5.
Notons FI la force exercée par les moyens de rappels élastiques 1 de raideur K, initialement comprimé d'une longueur XI.
Notons F2 la force exercée par le matériau élastique 2 de raideur K est initialement comprimé d'une longueur X2. Lors de la rupture de la tige 4, le bilan des forces sur la masse 5 s'écrit alors :
FI = K.(X1 - el - e2) F2 = K.(X2 + el + e2) Le moyen obturateur 10 est donc soumis à une force F3, obtenue par différence entre FI et F2 :
F3 = K.[(Xl-X2)-2(el + e2)]
Cette force s'oppose aux forces de pression qui s'appliquent au niveau de l'orifice 9 de l'alésage 8, sur une section S2.
Pour garantir l'étanchéité entre le siège 9 et le moyen obturateur 10, on considère qu'il faut appliquer la même contrainte que celle calculée pour assurer l'étanchéité entre la tête de la tige 4 et le siège de soupape 7, il vient donc :
F l,e.te _ F obkturateur F <ettfe =Kx(X, 1-X72) /
°lêle obturateur ° tête I
FobιrateUr =Kx[{Xx-Xl)-2x{e,A-e1)}
° obturateur 2
Par conséquent on doit avoir
S, <(l-2(gl +g2))xS,
- N,-N2
Conformément au cas précédent, la fonctionnalité du système est dépendante du rapport des sections SI et S2.
On obtient, avec ce deuxième mode de réalisation du clapet, un avantage essentiel en ce que les efforts hydrodynamiques, générés sur le moyen obturateur par l'écoulement du fluide à travers l'orifice, ne risquent pas de générer des efforts sur la masse et modifier ainsi la précontrainte appliquée à la tige.
Un autre avantage de ce mode de réalisation provient du fait que le guidage en translation de la partie mobile du moyen obturateur n'est plus assuré par la masse mais par le fourreau, ce qui permet de réduire les contraintes de guidage en translation de la masse.
Parallèlement, la présence d'un jeu el permet d'absorber d'éventuelles variations de hauteur de la masse, provoquées par exemple par des phénomènes de dilatation thermique, sans que cela ne modifie le débit du clapet en position ouverte.
Encore un avantage de ce deuxième mode de réalisation est de permettre un découplage dans la réalisation de la partie mobile du moyen obturateur du clapet de sécurité et de celle de la masse. Ainsi, l'utilisation d'une bille de roulement à bille calibrée comme moyen obturateur ne nécessite plus par exemple la prise en compte des moyens de fixation de la dite bille sur le solide.
Enfin, la variation éventuelle d'épaisseur entre la partie supérieure de la masse peut être facilement prise en compte en modifiant la hauteur du pion, conformé à l'extrémité de la masse.
Pour toutes ces raisons, ce deuxième mode de réalisation du clapet de sécurité est particulièrement adaptée dans le cas d'une intégration à un dispositif de pulvérisation de fluide, tel que décrit dans la demande de brevet FR99-14548, déposé par la Demanderesse.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l' invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles ci sont effectuées selon son esprit.

Claims

REVENDICATIONS :
[1] Clapet de sécurité, destiné à équiper un système de délivrance dosée de fluide alimenté en carburant sous pression par un conduit d'alimentation et équipé d'une tige sortante (4) qui forme une soupape d'éjection avec un premier siège (7), caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux parties distinctes (9,10), une première partie formant un second siège (9), le dit second siège (9) étant conformé à l'extrémité du conduit d'alimentation en carburant et pouvant coopérer avec une seconde partie, dite partie mobile (10), qui constitue les moyens obturateurs, lesdits moyens obturateurs (10) pouvant se déplacer sous l'action de moyens de mise en translation (5) afin de venir coopérer avec le second siège (9), et obturer le conduit d' alimentation.
[2] Clapet de sécurité selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens obturateurs (10) sont actionnés en cas de rupture de la tige (4) .
[3] Clapet de sécurité selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mise en translation (5) comprennent une masse (5) reliée à la tige (4) et qui, sous l'action de moyens de rappel élastique (1), exercent une force sur la tige (4) qui, en l'absence de rupture de la tige (4), tend à maintenir au moins une partie de la tige (4) contre le premier siège (7).
[4] Clapet de sécurité selon l'une quelconque des revendications revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le second siège (9) et les moyens obturateurs (10) sont conformés de manière à ce que la surface de contact entre le dit second siège (9) et les dits moyens obturateurs (10) soit de type cône sur sphère.
[5] Clapet de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens obturateurs (10) sont réalisés a l'aide d'une bille de roulement calibrée.
[6] Clapet de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens obturateurs (10) sont liés solidairement aux moyens de mise en translation (5) .
[7] Clapet de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens obturateurs (10) sont libres en translation à l'intérieur d'un fourreau de guidage (13), et peuvent coopérer avec des moyens de mise en translation (5) .
[8] Clapet de sécurité selon la revendication 7, caractérisé en ce que en l'absence de rupture de la tige (4), les moyens obturateurs (10) et les moyens de mise en translation (5) sont séparés d'une distance non nulle.
[9] Clapet de sécurité la revendication 8, caractérisé en ce que la séparation des moyens obturateurs
(10) et des moyens de mise en translation (5) est obtenue par des moyens de rappel élastique secondaires (2) adaptés pour exercer une force sur les moyens de mise en translation (5) sensiblement de même direction que celle exercée par les moyens de rappel élastique (1) et de sens opposé .
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