FR2500566A1 - Soupape de commande notamment pour injecteur de carburant - Google Patents

Abstract

SOUPAPE. ELLE COMPREND UN BOITIER 62, 72 DELIMITANT UNE CHAPELLE 76, UN PASSAGE 86 D'ENTREE ET UN PASSAGE 84 DE SORTIE, AINSI QU'UN PASSAGE 80 ENTOURE PAR UN SIEGE 82. UNE BILLE 78 LOGEE DANS LA CHAPELLE 76 PEUT S'APPLIQUER OU S'ELOIGNER DU SIEGE 82 ET TEND A Y ETRE MAINTENUE PAR UN RESSORT 88, SAUF QUAND DES MOYENS DE COMMANDE, COMPRENANT UNE TIGE 98 COMMANDEE PAR ELECTRO-AIMANT, ENTRENT EN ACTION. INJECTEUR DE CARBURANT POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE.

Description

La présente invention est relative à une soupape à camnande par

électroaimant à action instantanée étanche à des pressions très élevées quand elle est fermée, et adaptée pour un écoulement bidirectionnel d'un volume relativement élevé quand elle est ouverte, comme cela est requis dans des in- jecteurs de carburant commandés électroniquement pour des

moteurs à combustion interne.

Des injecteurs de carburant à commande électronique pour des moteurs à combustion interne, tels que décrits au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.129.254, n'ont reçu qu'un accueil réservé, bien qu'ils promettaient d'améliorer nettement le rendement du carburant et de diminuer la pollution. L'un des facteurs principaux tendant à s'opposer à ce que leur usage se répande a été la complexité et le coût élevé des unités disponibles industriellement. Ce n'est que si l'on tolère des compromis importants pour ce

qui concerne les performances que l'on peut obtenir une sim-

plification et une réduction des coûts.

On a décrit récemment, au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.235.374, un modèle simplifié d'injecteur de carburant à commande électronique dans lequel on peut

assurer à la fois la distribution et le dosage de l'injec-

tion de carburant électroniquement, cycle par cycle, en

utilisant seulement une seule soupape à commande électrique.

Cet injecteur se caractérise par une structure mécanique

très simple comprenant un plongeur de pompe primaire ac-

tionné par une came et un plongeur secondaire relié hydrau-

liquement au plongeur de pompe primaire à des instants

choisis pendant le mouvement alternatif du plongeur de pom-

pe primaire. Une seule soupape à commande électronique pro-

voque en se fermant la formation de la liaison hydraulique et en s'ouvrant la rupture de cette liaison, en laissant du liquide entrer librement dans la chambre formant liaison

hydraulique et en sortir. Bien qu'elle soit d'une concep-

tion tout à fait simple, on impose à cette soupape à com-

mande électrique des conditions de fonctionnement extrême-

ment draconiennes, puisqu'elle doit être capable d'assurer l'étanchéité à des contre-pressions dépassant 1050 bars pendant des périodes d'injection et puisqu'elle doit être capable de recevoir des volumes d'écoulement suffisants

pour permettre à la liaison hydraulique d'être ajustée sé-

lectivement, cycle par cycle, afin de réaliser les fonc-

tions souhaitées de dosage et de distribution. En outre, une soupape satisfaisante doit être aussi capable de se

déplacer entre une position entièrement fermée et une posi-

tion entièrement ouverte en moins d'une milliseconde et doit être relativement peu coûteuse à fabriquer et d'un

fonctionnement sans défaillance.

Aucun modèle de soupape déjà connu n'est capable

de satisfaire à toutes les caractéristiques désirées men-

tionnées ci-dessus. C'est ainsi, par exemple, que des sou-

papes actionnées magnétiquement, telles qu'illustrées au brevet des EtatsUnis d'Amérique sous le No. 3.368.791,

comprennent un poussoir de soupape de type à bobines exi-

geant des opérations d'usinage n'admettant que peu de tolé-

rances,et donc coûteuses, et un plongeur à inertie relative-

ment importante et un dispositif de commande qui rendraient difficile, sinon impossible, l'obtention de la vitesse de fonctionnement et de l'aptitude à traiter l'écoulement qui sont nécessaires. On connaît des clapets à billes à bas

prix (tels qu'illustrés aux brevets des Etats-Unis d'Améri-

que Nos. 2.229.499; 2.792.195 et 3.464.668), mais ces cla-

mets ne peuvent fournir en même temps que l'étanchéité à une contrepression, un fonctionnement à vitesse élevée et une capacité d'écoulement satisfaisante. C'est ainsi, par exemple, que le brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 2.792.195 (Mosbacher) décrit une électrovanne comprenant un élément de clapet de type à billes pressé par un ressort vers une position de fermeture et déplacé vers une position d'ouverture par un organe de commande chargé par un ressort,qui peut seulement être mis hors de fonctionnement, permetta: t ainsi au clapet de se fermer quand l'organe de commande échappe à l'action de la force du ressort, grâce à une bobine excitée électriquement. Bien que ce clapet, de type Mosbacher, soit utile aux fins auxquelles il est destiné, il ne pourrait pas satisfaire les conditions de fonctionnement énumérés ci-dessus, parce que l'organe

de commande agit par couple créé plutôt que principa-

lement par la force d'un ressort pour déplacer la bille uans la position d'ouverture. En outre, une augmentation de la dimension de l'organe de commande du clapet pour uti-

liser un ressort de plus grande dimension augmenterait sim-

plement l'inertie de l'organe de commande et irait à

l'encontre du fonctionnement à grande vitesse qui est sou-

haité. S'en remettre au couple imparti à l'organe de

commande pour ouvrir le clapet à bille exige aussi un écar-

tement important entre l'organe de commande et le cla-

?et pour permettre la création d'un couple après désexcita-

tion de la bobine. Un écartement aussi grand va aussi à l'encontre d'un fonctionnement à grande vitesse. Des essais -our diminuer cet écartement en augmentant la force du

ressort non seulement se heurtent au problème d'inertie men-

tionné ci-dessus, mais introduisent aussi des tolérances

de fabrication qui entraînent la possibilité d'une fermetu-

re incorrecte du clapet. Un autre problème encore est qu'un clapet de type Mosbacher ne pourrait probablement pas résister à des contre- pressions dépassant 100 bars

et ne pourrait certainement pas résister à des contre-

pressions dépassant 1500 bars en raison de l'utilisation

de joints toriques pour rendre étanche le siège du clapet.

En bref, on ne connaît aucune conception de soupape

qui satisferait aux caractéristiques de fonctionnement im-

"osées par une pompe combinée avec injecteur telle que

plassée en revue ci-dessus, tout en ayant un coût de fabri-

cation bas et une bonne fiabilité.

L'invention vise - une soupape actionnée par un électroaimant,de faible coût, à action instantanée, capable de résister à

une contre-pression importante lorsqu'elle est fer-

mée et autorisant des débits importants dans les deux sens quand elle est ouverte;

- une soupape pratique actionnée par un électroai-

mant,destinée à commander les fonctions de dosage et de distribution d'un injecteur injectant du carburant par intermittence

- une soupape de type à bille, de bas prix, capa-

ble de résister à des contre-pre-ssions dépassant -

1050 bars et de passer d'une position entièrement fermée à une position entièrement ouverte en pas plus d'une milli- seconde;

- une soupape de type à bille actionnée par élec-

troaimant,destinée à être utilisée avec un injecteur de car-

burant employant un plongeur de pompe principal actionné par une came et un piston navette auxiliaire, la soupape

actionnée par électroaimant répondant à un signal électri-

que pour créer et pour interrompre une liaison hydraulique entre le plongeur et le piston afin de réguler à la fois la distribution et le dosage, cycle par cycle;

- une soupape de type à bille actionnée par élec-

troaimant qui est très fiable en fonctionnement, qui est

capable de résister Fà des contre-pressions. très éle-

vées, dont le fonctionnement est très rapide et qui, cependant,

est peu coûteuse à fabriquer parce que les variations résul-

tant des tolérances de fabrication peuvent être compensées par une liaison facilement ajustable entre le boîtier de

soupape et la commande de soupape.

L'injecteur suivant l'invention comprend un bottier de soupape délimitant une chapelle de soupape dans laquelle est logée une bille qui peut se déplacer entre une position

fermée et une position d'ouverture en moins d'une millise-

conde, afin de commander les fonctions de distribution et

de dosage d'un injecteur de carburant. La bille est mainte-

nue en la position fermée par un ressort suffisamment fort pour maintenir la bille en sa position fermée à l'encontre de la pression d'alimentation du fluide, la bille étant déplacée vers sa position d'ouverture par un dispositif de commande de soupape. Le dispositif de commande de soupape, qui a une tige venant en contact avec la bille, est poussé dans la direction de la bille par un ressort du dispositif de commande entourant la tige. Le ressort de dispositif de commande peut être rendu inefficace par un électroaimant qui, après excitation, comprime ce ressort afin de permettre à la bille d'être déplacée dans la position fermée par le ressort de bille. Quand l'électroaimant est désexcité, le ressort de dispositif de commande est relâché et il est suffisamment fort pour déloger la bille et la faire aller vers sa position de pleine ouverture. On emploie une struc- ture extrêmement simple comprenant des éléments intérieurs et extérieurs du bottier de soupape agencés de manière à former la chapelle de soupape lorsqu'ils sont assemblés, et comprenant un bottier de dispositif de commande vissé de manière à permettre à la tige du dispositif de commande d'être mise axialement en position par rapport à l'élément de soupape à bille par un simple mouvement de rotation des

bottiers du dispositif de commande et de la soupape.

D'autres avantages et caractéristiques de l'inven-

tion ressortiront de la description qui va suivre, en réfé-

rence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe, avec arrachement partiel, d'une soupape actionnée par électroaiment et d'un injecteur de carburant commandé par liaison hydraulique,

suivant l'invention, la soupape étant ouverte afin de per-

mettre l'interruption de la liaison hydraulique; la figure 2A est une vue en coupe, avec arrachement partiel, de la soupape et de l'injecteur de carburant de la figure 1, la soupape ayant été déplacée vers une position fermée afin d'établir la liaison hydraulique de l'injecteur de carburant; la figure 2B est une vue en coupe, avec arrachement partiel, d'un injecteur de carburant du type illustré aux figures 1 et 2A, du carburant étant dosé dans une cavité d'injection de l'injecteur; et la figure 3 est une vue en coupe, avec arrachement

partiel, d'un injecteur de carburant commandé par une sou-

pape à électroaimant tel qu'illustré aux figures 1, 2A et 2B, la soupape étant en position d'ouverture pour permettre à du carburant de passer d'une alimentation en carburant sous une faible pression dans une cavité de commande de l'injecteur, afin d'empêcher de débiter davantage de

carburant dans la cavité d'injection de l'injecteur de car-

burant.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui illus-

tre un injecteur de carburant et une soupape 2 suivant l'invention. Avant de passer en revue les détails de la soupape, on décrit la structure et le fonctionnement de l'injecteur 4 qui est du type combiné, c'est-à-dire que l'injecteur comprend à la fois une section 3 de pompe haute pression et une section 5 de buse d'injection dans un seul boîtier 6 d'injecteur. En particulier, l'injecteur comprend une structure 8 à buse par laquelle du carburant peut être injecté dans le cylindre (non représenté) d'un moteur en synchronisme avec le mouvement d'un piston (non représenté) d'un moteur dans le cylindre. Comme il est bien connu dans

la technique de la distribution du carburant, le fonctionne-

ment efficace d'un moteur à combustion interne nécessite

une injection correcte en quantité et dans le temps de car-

burant suivant une grande diversité de paramètres opératoi-

res du moteur tels que la température, la vitesse et la charge. Dans l'injecteur suivant l'invention, un plongeur principal de pompe est monté de manière à être animé d'un mouvement alternatif dans l'une des extrémités d'une cavité Il oblongue du boîtier 6 de l'injecteur. Le plongeur va et vient en fonction du mouvement de rotation d'une

came 12 qui peut être reliée à un arbre à came (non repré-

senté) fonctionnant d'une manière classique d'un moteur à combustion interne. La partie de la cavité il oblongue qui n'est pas occupée par le plongeur 10 est subdivisée par un piston 14 navette en une cavité 16 d'injection communiquant avec la structure 8 à buse et en une cavité 18 de commande séparant le plongueur 10 de pompe principal et le piston 14 navette. La cavité 16 d'injection peut être alimentée continuellement en carburant depuis une alimentation 20 de carburant sous une faible pression, par l'intermédiaire d'un conduit 22 d'alimentation communiquant avec la cavité

16 par un orifice 24 d'alimentation. Un clapet 26 anti-

retour permet au carburant de s'écouler dans la cavité 16 d'injection en passant par l'orifice 24, mais empêche tout

écoulement en sens inverse. On comprend que tant que le pis-

ton 14 navette se déplace vers le haut avec le plongeur 10 de pompe principal, du carburant provenant de l'alimentation peut passer dans la cavité 16 d'injection. Lorsque le piston 14 navette descend, le clapet 16 anti-retour se fer- me et le carburant, préalablement dosé dans la cavité 16, en est chassé en passant par la structure 8 à buse qui peut être du type "fermé" ou du type "ouvert". Dans une buse fermée, une soupape actionnée par un ressort est placée

dans la buse et est fermée normalement, sauf quand la pres-

sion dans la cavité d'injection atteint un niveau prescrit pour laquelle la soupape s'ouvre pour permettre l'injection dans le cylindre du moteur. Une buse de type "ouvert" ne comprend pas de structure de fermeture et permet ainsi tout le temps une communication entre la cavité d'injection et le cylindre du moteur. Quand on utilise une buse de type ouvert, on peut modifier le conduit 22 d'alimentation et le clapet 26 anti-retour pour empêcher un écoulement continu

de carburant dans la structure 8 à buse.

On obtient le mouvement synchronisé qui est souhaité du piston 14 navette en établissant ou en interrompant une liaison hydraulique dans la cavité 18 de commande à l'aide de la soupape 28 actionnée par électroaimant illustrée à la figure 1. En particulier, la soupape 28 agit de manière à ouvrir ou à fermer un conduit 30 de commande qui met en communication l'alimentation 20 de carburant sous basse pression et la cavité 18 de commande par l'intermédiaire

d'un orifice 32 de commande. Lorsque le plongeur 10 de pom-

pe principal se déplace vers le bas (cf. figure 1), le carburant se trouvant dans la chambre 18 de commande tend à être éjecté par l'orifice 32 de commande, tel qu'illustré par des flèches 34, passe par la soupape 28, comme illustré

par des flèches 36, et retourne à l'alimentation en carbu-

rant sous basse pression par des conduits 30 et 22. Dès que la soupape 28 se déplace vers sa position fermée, telle qu'illustrée à la figure 2A, la poursuite du mouvement

vers le bas du plongeur 10 de pompe principal fait se mou-

voir le piston 14 navette à l'unisson en raison de la

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liaison hydraulique formée par le carburant emprisonné dans la cavité 18 de commande. Quand le piston 14 navette se déplace vers le bas, comme illustré par une flèche 38, le carburant se trouvant dans la cavité 16 d'éjection est forcé dans la structure 8 à-buse comme illustré par une flèche 40. Comme la came 12 continue à tourner dans le sens

indiqué par une flèche 42, le sens de déplacement du plon-

geur 10 principal de pompe s'inverse comme illustré par une

flèche 44 à la figure 2B. Tant que la soupape 28 reste fer-

1O mée, le piston 14 navette tend à continuer à se déplacer à l'unisson avec le plongeur 10 de pompe principal et tend ainsi à se déplacer vers le haut, comme illustré par une

flèche 46 quand le sens de déplacement du piston 10 s'inver-

se sous la commande de la came 12. Pendant ce mouvement as-

cendant du piston 14 navette, du carburant est envoyé dans

la cavité 16 d'injection, comme illustré par une flèche 48.

En se reportant maintenant à la figure 3, le dosage du carburant dans la cavité 16 cesse après ouverture de la

soupape 28, même si le plongeur 10 de pompe principal con-

tinue son mouvement ascendant illustré par une flèche 50.

Du carburant se déplace maintenant dans le sens opposé depuis l'alimentation en carburant sous basse pression, en passant par les conduits 22 et 30, et par la soupape 28, comme illustré par des flèches 52, pour aller dans la cavité 18 de commande, en passant par l'orifice 32 de commande. En synchronisant correctement la fermeture de la soupape 28 pendant le mouvement descendant du plongeur 10,

on peut choisir arbitrairement comme on le souhaite l'ins-

tant du début de l'injection. De même, la quantité de car-

burant dosée dans la cavité 16 d'injection, en préparation pour une injection ultérieure, peut être commandée en choisissant arbitrairement l'instant auquel la soupape 28 est réouverte pendant le mouvement ascendant du plongueur de pompe. Une explication plus poussée du type général d'injecteur auquel appartient l'invention est donnée au

brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4.235.374.

De nombreuses modifications à la structure d'injec-

teur combinée illustrée aux figures 1 à 3 sont possibles, certaines d'entre elles étant illustrées au brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4. 235.374. En particulier, le clapet 26 anti-retour peut être incorporé à un piston 14 navette et/ou un orifice 54 formant trop-plein (figure 2A) peut être prévu pour créer une position de "fin d'injec- tion" constante pour le piston 14 navette. Comme illustré à la figure 2A, l'orifice 54 formanttrop-plein (représenté

en traits mixtes) pourrait fonctionner de manière à provo-

quer l'évacuation du carburant depuis la cavité 18 de commande et son retour à l'alimentation en carburant sous faible pression par un conduit 56 de trop-plein. Divers passages de balayage peuvent être aussi incorporés à la

structure de la soupape pour éliminer l'air et les particu-

les qui peuvent entrer dans l'injecteur. Il n'est pas néces-

saire d'utiliser du carburant pour former la liaison hydrau-

lique, puisqu'on peut utiliser un autre fluide pour autant

qu'il ne soit pas compressible.

Bien que l'injecteur combiné décrit ci-dessus à la fois pour distribuer et doser l'injection de carburant en

faisant simplement varier les périodes respectives d'ouver-

ture et de fermeture de la soupape 28 pendant chaque tour de la came 12, il va de soi qu'une soupape 28 distincte de

commande doit être prévue pour chaque cylindre du moteur.

D'une manière plus claire, pour que l'adoption du système de commande de carburant passé en revue ci-dessus soit

possible économiquement, la soupape 28 commandée électri-

quement doit être d'un coût raisonnable et doit avoir un fonctionnement fiable. Satisfaire les limitations de prix

est extrêmement difficile en raison des paramètres opéra-

toires auxquels il faut satisfaire. En particulier, la sou-

pape doit être capable de tenir à des pressions hydrauli-

ques allant jusqu'à 1050 bars et au-delà, tout en étant

capable cependant de se mouvoir entre les positions entiè-

rement ouverte et entièrement fermée en moins d'une milli-

seconde. En outre, dans la position entièrement ouverte, la soupape doit être capable de recevoir un débit de fluide important allant dans la cavité 18 de commande ou en sortant, qui est suffisant pour arrêter sélectivement le mouvement du piston 14 navette, même si le plongeur 10 se

déplace rapidement.

Le modèle de soupape visé par l'invention satisfait toutes les exigences mentionnées ci-dessus en utilisant une structure de clapet anti-retour à bille relativement peu coûteuse et un dispositif de commande de soupape appliqué par un ressort destiné à permettre à la soupape de se fermer seulement après excitation d'un électroaimant. On décrit

maintenant en détail une soupape de commande suivant l'in-

vention en se reportant à la figure 1.

La soupape comprend essentiellement deux composants

principaux, à savoir un boîtier 58 de soupape et un disposi-

tif 60 de commande de soupape monté sur le bottier 58 de manière à pouvoir tourner par rapport à celui-ci pour des raisons qui seront expliquées plus en détail ci-après. Le bottier 58 comprend un élément 62 extérieur délimitant une niche 64 présentant un épaulement de manière à former une niche 66 intérieure et une niche 68 extérieure. La niche 66 intérieure a un taraudage 70. Dans la niche 64 est engagé un élément 72 intérieur de bottier de soupape ayant un filetage 74 se vissant sur le taraudage 70 de l'élément 62 extérieur de bottier de soupape. L'élément 72 a une forme générale cylindrique et associé à l'élément 62 extérieur de bottier de soupape définit une chapelle 76 de soupape dans laquelle est disposé l'élément 78 de soupape en forme de bille. Les éléments 62 et 72 intérieur et extérieur du boîtier de soupape sont munis de surfaces d'étanchéité coniques conjuguées qui peuvent être soumises à une force de compression importante en vissant le filetage 74 dans le taraudage 70, afin de permettre de rendre la chapelle 76 de valve étanche vis-à-vis des contre-pressions très

élevées qui se produisent dans la cavité 18 de commande.

Une niche 68 extérieure est rendue étanche à l'une

des extrémités en vissant le filetage d'un élément 72 inté-

rieur de boîtier de soupape dans le taraudage 70. L'autre extrémité de la niche 68 extérieure est rendue étanche du côté intérieur en vissant un filetage 74 dans un taraudage 96 et du côté extérieur en faisant coopérer l'extérieur du il 2500566 dispisitif 60 de commande et une surface 124 cylindrique

formant une partie de la niche 68 extérieure. Pour facili-

ter la formation d'un joint étanche au carburant, on peut prévoir une bague d'étanchéité torique entre le dispositif 60 de commande et la surface 124. Comme il ressort de la figure 1, l'élément 72 intérieur de bottier de soupape fait saillie dans la niche 68 extérieure pour former un canal annulaire entre l'extérieur de l'élément 72 et une surface 124 cylindrique. Le dispositif 60 de commande sert à rendre étanche d'une part ce canal annulaire pour former une cavité 128 annulaire d'écoulement avec laquelle le passage 86 d'entrée communique. ' A l'une des extrémités, l'élément 72 intérieur de bottier de soupape s'étend radialement vers l'intérieur

pour former un passage 80 de commande de l'écoulement en-

touré par un siège 82 de soupape. Comme on l'expliquera plus

bas, le passage 80 constitue le seul passage mettant en com-

munication 84 et 86 d'entrée et de sortie et ainsi la sou-

pape 28 est entièrement fermée quand la bille 78 est appli-

quée sur le siège 82. La bille 78 est repoussée normalement

vers la position fermée par un ressort 88 conique de com-

pression qui sert à la maintenir contre le siège 82 avec

une force suffisante pour résister à l'ouverture de la sou-

pape sous la pression du fluide fourni, par le passage 86

d'entrée de la soupape.

Le dispositif 60 de commande de la soupape comprend un bottier 90 ménageant une cavité 92 centrale ouverte à l'une des extrémités et fermée à l'autre par une paroi 94 s'étendant radialement. Un taraudage 96 coopère avec un jeu de filetage sur l'élément 72 intérieur de bottier de

valve qui pénètre dans la niche 68 extérieure. Le disposi-

tif 60 de commande forme des moyens pour déplacer la bille

78 en sa position d'ouverture et sa position fermée, en ré-

ponse à un signal électrique de commande en moins d'une milliseconde. En particulier, le dispositif 60 de commande comprend une tige 98 dont l'axe longitudinal est aligné

avec le centre de la bille 78 et coïncide avec l'axe longi-

tudinal de la cavité 92 centrale. La tige 98 est montée de

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manière à se déplacer entre une position vers l'avant illus-

trée à la figure 1, dans laquelle l'une des extrémités 100 est en contact avec la bille 78, afin de la déplacer vers

sa position d'ouverture et une position en retrait illus-

trée à la figure 2A, dans laquelle la tige 98 se déplace

vers la gauche pour former un intervalle 120 prescrit en-

tre l'extrémité 100 et la bille 78. La dimension de l'inter-

valle 120 est extrêmement importante pour que le fonctionne-

ment de la soupape soit correct, puisqu'un intervalle de trop grande dimension retarderait la réponse de la soupape en exigeant que le dispositif 60 de commande se déplace sur une distance importante avant de venir au contact de la bille. En revanche, si l'intervalle est trop petit, il faudrait une précision d'usinage très élevée pour être sûr que la bille 78 soit entièrement sur son siège quand la tige est retirée. Des moyens 102 de guidage de la tige sont prévus afin de restreindre le mouvement radial de la tige 98, tout en permettant un déplacement entre les positions avancées et en retrait. Les moyens de guidage de la tige sont constitués-par un manchon 104 issu de la paroi 94 s'étendant radialement. A l'une des extrémités du manchon

104, une première butée 106 est ménagée pour limiter le mou-

vement longitudinal de la tige en sa position en retrait.

A l'autre extrémité du manchon 104 est prévue une seconde butée 108 pour limiter le mouvement longitudinal de la tige 98 dans sa position avancée. Comme le montre la figure

1, la tige 98 porte un premier élément 109 s'étendant ra-

dialement tel qu'une rondelle au voisinage de l'extrémité 100. La première rondelle 109 comprend une surface ou des

moyens 110 venant en contact avec la première butée 106.

Un second élément ou rondelle 112 est relié à l'extrémité

opposée de la tige 98 et est constitué en un matériau con-

duisant le flux magnétique, afin de servir d'armature, comme cela sera expliqué ci-après. D'un côté de l'élément

112, une surface ou des moyens 114 sont formés et sont des-

tinés à venir en contact avec la seconde butée 108. Comme

il ressort de la figure 1, l'épaisseur axiale de la rondel-

le 109 peut être modifiée en utilisant une structure

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supplémentaire semblable à une rondelle, ou une telle struc-

ture plus mince pour ajuster la distance longitudinale en-

tre la position avancée et la position en retrait de la

tige 98.

Des moyens sous la forme d'un ressort 116 hélicoI- dal, destinés à déplacer le dispositif de commande, sont montés dans la cavité 92 centrale entourant la tige 98, l'une des extrémités du ressort étant en contact de la

paroi 94 radiale, tandis que l'autre extrémité est en con-

tact avec la rondelle 109. Grâce à cet agencement, la tige 98 tend à aller vers sa position avancée. Le ressort 116 est choisi de manière à appliquer une force d'ouverture à la bille 78 suffisante pour surmonter la force de fermeture appliquée à la bille 78 par le ressort 88.

Des moyens électromagnétiques comprenant une bobine 118 sont liés au boîtier 90 du dispositif de commande en une position telle que l'armature constituée par le second élément 112 s'étendant radialement déplace la tige 98 vers sa position en retrait,à l'encontre de la force du ressort 116,quand la bobine 118 est excitée électriquement. La figure 2A illustre la position de la soupape 28 quand la bobine 118 est excitée. La figure 2A montre également, sous une forme exagérée, l'écartement 120 souhaité entre la bille 78 et une extrémité 100 de la tige 98 quand la tige 98 est maintenue en sa position en retrait par la bobine 118. La valeur de l'écartement 120 suivant la direction axiale est déterminante pour le fonctionnement correct de la soupape de commande suivant 1'inventionparce qu'un écartement trop grand retarderait l'ouverture de la soupape tandis qu'un écartement trop petit créerait la possibilité d'une fermeture incorrecte de la soupape. Il est bon que cet écartement soit d'environ 0, 05 mm afin que l'on n'ait pas à exiger des tolérances de fabrication extrêmes et afin de permettre un recalibrage après usure. Le boîtier 90 du dispositif de commande est relié de manière réglable au bottier 58 de la soupape au moyen d'un filetage 74 qui se visse dans un taraudage 96. Comme ceux-ci sont coaxiaux à l'axe longitudinal de la tige 98, une rotation relative des

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boîtiers 58 et 90 permet d'ajuster axialement l'extrémité de la tige 98 par rapport à la tige 78 dans sa position

fermée, permettant ainsi de régler la valeur de l'écarte-

ment 120. Une fois que cet écartement est réglé correcte-

ment, on peut fixer la position en rotation des bottiers 58 et 90 à l'aide d'un jeu de vis, non représenté, ou d'un écrou 122 indesserrable. En conséquence, les filetages et taraudages 74 et 96 et les trous 122 forment des moyens de liaison réglables permettant de relier le bottier 90 du dispositif de commande au boîtier 58 de la soupape d'une manière qui permet de régler la position du boîtier 90 le long de l'axe longitudinal de la tige 98 par rapport au bottier 58 de soupape en réglant ainsi l'écartement 120. La remise en position du bottier 90 par rapport au boîtier 58

a aussi pour effet de commander la distance d'ouverture en-

tre la bille 78 et le siège 82 quand la tige 98 est dans sa position avancée. La distance d'ouverture est fonction non seulement des positions relatives des bottiers, de la soupape et des dispositifs de commande, mais aussi de la distance entre les positions avancées et en retrait de la tige 98. A titre d'exemple d'une telle distance entre les positions avancées et en retrait, on peut mentionner pour une application pratique d'une soupape suivant l'invention, une distance de 0,35 mm. En conséquence, si l'écartement 120 est de 0,05 mm, la distance entre la siège 82 et la bille 78 sera de 0,30 mm quand la bille 78 est dans sa

position d'ouverture.

On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire

l'écoulement dans la soupape 28 de commande. Quand la sou-

?ape fonctionne en la position illustrée à la figure 3, du

fluide entre par le passage 86 d'entrée et va dans la cavi-

té 128 annulaire d'écoulement. Le fluide passe de cette cavité 128 en passant dans le boîtier 90 du dispositif de commande dans le passage 80 de commande d'écoulement, dans la chapelle 76 de soupape et dans le passage 84 de sortie avant d'atteindre la cavité 18 de commande de l'injecteur

de carburant. Du fluide provenant de la cavité 128 annulai-

re d'écoulement atteint la cavité centrale du boîtier du

2500566

dispositif de commande par le biais de passages de mise en communication comprenant un ou plusieurs passages 130 axiaux allant de la cavité 128 annulaire d'écoulement à un évidement 132 d'extrémité dans lequel l'élément 112 radial est logé. De l'évidement 132 d'extrémité, du fluide s'écou- le dans la cavité 92 centrale par un ou plusieurs passages

134 dirigés radialement vers l'intérieur. L'extrémité ouver-

te de l'évidement 132 d'extrémité est rendue étanche au fluide par le bottier 136 de l'électroaimant dans lequel

est monté un stator 138 contenant la bobine 118. Bien en-

tendu, quand la soupape 28 de commande et un injecteur

* fonctionnent à la manière illustrée à la figure 1, l'écou-

lement du fluide dans la soupape 28 de commande se fera

dans la direction opposée à celle illustrée à la figure 3.

La longueur axiale de l'évidement 132 d'extrémité est choisie de manière à assurer un écartement d'au moins

0,05 mm entre le stator 138 et l'élément 112 formant arma-

ture quand la tige 98 est en sa position entièrement en retrait. Grâce à cet agencement du circuit d'écoulement dans le bottier 90, toutes les pressions de fluide qui

s'exercent sur la tige 98 et les éléments 109 et 112 ra-

diaux qui y sont fixés sont entièrement équilibrés, ce qui fait qu'il ne s'applique pas de charge axiale dans un sens

ou dans l'autre.

Simplement à titre d'exemple, on donne les dimen-

sions d'un mode de réalisation effectif d'une soupape,

suivant l'invention,destinée à être utilisée dans un injec-

teur pratique de type combiné ayant un plongeur de pompe et un piston navette tels que décrits ci-dessus: - Diamètre de la bille (78) 8 mm Diamètre du passage (80) de commande de débit 5 mm - Distance axiale entre positions avancée et en retrait de la tige (98) 0,35 mm - Ecartemententre l'armature (112) et le stator (138) de l'électroaimant après retrait total de la tige (98) 0,05 mm

16 2500566

- Ressort (116) de la bobine du dispositif de commande détendu: 7,25 kg comprimé: 8,48 kg - Ressort (88) de la bille détendu: 3,17 kg comprimé: 3, 35 kg La soupape de commande selon l'invention trouve son

utilité particulière comme élément de commande d'un injec-

teur de carburant de type combiné, utilisant un plongeur de

pompe- camandé par une came et un piston navette relié f lui-

diquement. En particulier, l'ensemble de la soupape et de

l'injecteur du type auquel s'applique l'invention sera par-

ticulièrement efficace pour réaliser l'injection de carbu-

rant d'un moteur à combustion interne à allumage par com-

pression. D'autres applications engloberont toutes celles dans lesquelles on a besoin d'une vanne de commande à

électroaimant de bas prix et à action instantanée.

17 2500566

Claims (17)

REVEND ICAT IONS

1. Soupape destinée à commander l'écoulement d'un fluide entre une alimentation (20) de fluide sous basse pression et un dispositif utilisateur de fluide qui produit une contre-pression variant d'une valeur supérieure

à la pression d'alimentation à une valeur inférieure à cel-

le-ci,comprenant (a) un bottier (62, 72) de soupape délimitant

une chapelle (76) de soupape, un passage (86) d'entrée des-

tiné à être relié à l'alimentation de fluide sous basse pression, un passage (84) de sortie destiné à être relié au dispositif utilisateur de fluide, et un passage (80) de commande de l'écoulement agencé de manière à ce que le seul

trajet de mise en communication des passages (84, 86) d'en-

trée et de sortie passe par la chapelle (76), le bottier (62, 72) comprenant un siège (82) de soupape entourant le passage (80) de commande de l'écoulement; (b) une bille (78) logée dans la chapelle (76)

et pouvant se déplacer entre une position fermée, dans la-

quelle la bille (78) est appliquée sur le siège (82) avec une étanchéité apte à empêcher tout reflux du passage (84) de sortie au passage (86) d'entrée, et une position d'ouverture, dans laquelle du fluide peut s'écouler dans n'importe quel sens entre les passages (84, 86) d'entrée et de sortie; (c) des moyens (88) tendant constamment à amener la bille (78) vers la position fermée avec une force suffisante pour l'y maintenir même si la contre-pression

chute à une valeur inférieure à celle d'alimen-

tation; et (d) des moyens de commande destinés à déplacer la bille (78) entre les positions d'ouverture et fermée en réponse à un signal électrique de commande, ces moyens de commande comprenant: 1) une tige (98), dont l'axe longitudinal est aligné avec le centre de la bille (78) et qui peut se déplacer entre une position avancée, dans laquelle l'une des extrémités de la tige (98) vient au contact de la bille

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(78) pour le déplacer vers la position d'ouverture, et une position en retrait, dans laquelle un écartement prescrit est ménagé entre cette extrémité de la tige (98) et la bille (78) quand la bille (78) est en la position fermée assurant la fermeture totale de la soupape; 2) des moyens sollicitant le dispositif (60) de commande tendant à amener la tige (98) vers la position avancée avec une force d'ouverture suffisante pour surmonter la force appliquée à la bille (78) par les moyens sollicitant le dispositif (60) de commande, ceux-ci

comprenant un ressort (116) hélicoïdal de compression en-

tourant coaxialement la tige (98); et 3) des moyens (118) électromagnétiques

pour déplacer la tige (98) de la position avancée à la posi-

tion en retrait quand ces moyens sont excités électrique-

ment et pour permettre à la tige (98) de se déplacer vers la position avancée sous l'action de la force qui lui est appliquée par les moyens sollicitant le dispositif (60) de commande, la force d'ouverture étant suffisamment plus grande que celle de fermeture pour faire se.déplacer le bille (78) de la position fermée à la position d'ouverture

en moins d'une milliseconde.

2. Soupape suivant la revendication 1, caractéri-

sée en ce que les moyens et dispositifs de commande com-

prennent un boîtier de dispositif de commande ayant des

moyens de guidage de tige destinés à restreindre le déplace-

ment radial de la tige tout en en permettant le déplacement axial entre les positions avancée et en retrait et les moyens du dispositif de commande comprennent des moyens de

liaison réglables destinés à relier le boîtier du disposi-

tif de commande au bottier de la soupape-d'une manière per-

mettant de régler la position du boîtier du dispositif de

commande le long de l'axe longitudinal de la tige par rap-

port au boîtier de soupape, afin de régler le jeu entre le siège de soupape et la bille quand la tige est déplacée

vers sa position avancée, et de manière à régler l'inter-

valle prescrit entre la bille et l'une des extrémités de la

tige quand la tige est en la position en retrait.

19 2500566

3. Soupape suivant la revendication 2, caractérisée

en ce que le bottier de soupape comprend un élément exté-

rieur de bottier définissant une chapelle ayant un tarauda-

ge et un élément intérieur de bottier définissant le siège de vanne et un passage de commande de l'écoulement ayant un

premier jeu de filetage destiné à se visser dans le tarauda-

ge du bottier de vanne, cet élément intérieur de bottier

fonctionnant de manière à rendre étanche au fluide une par-

tie de la niche, de façon à former la chapelle de soupape

lorsqu'il est vissé par son filetage dans l'élément exté-

rieur de bottier.

4. Soupape suivant la revendication 3, caractérisée

en ce que la niche comporte un palier pour former une por-

tion intérieure de niche contenant le taraudage et une por-

tion extérieure de niche de plus grand diamètre que la por-

tion intérieure, l'élément intérieur de bottier s'étendant axialement dans la portion extérieure de niche pour former

un canal annulaire, cet élément intérieur de bottier compre-

nant un second jeu de filetage qui s'étend dans le canal annulaire et le bottier du dispositif de commande comprend une cavité centrale ayant un axe central coïncidant avec l'axe longitudinal de la tige et les moyens de liaison

comprennent un taraudage à l'intérieur de la cavité centra-

le destinée à coopérer avec le second jeu de filetage de l'élément intérieur de bottier, la rotation du bottier du dispositif de commande par rapport au bottier de soupape provoquant le réglage dans les positions en retrait et

avancée de la tige par rapport au siège de soupape.

5. Soupape suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le bottier du dispositif de commande comprend des moyens extérieurs d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité du canal annulaire afin de former une cavité d'écoulement

annulaire entourant l'élément intérieur de bottier, le pas-

sage intérieur du bottier de la soupape débouchant dans la cavité annulaire d'écoulement, le bottier du dispositif de

commande comprenant un passage de mise en communication en-

tre la cavité annulaire d'écoulement et la cavité centrale du bottier du dispositif de commande, la cavité centrale

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étant en communication de fluide avec la chapelle de soupa-

pe à l'aide du passage de commande d'écoulement de l'élé-

ment intérieur de bottier.

6. Soupape suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de guidage de la tige comprennent une première butée pour limiter le déplacement longitudinal de la tige en la position en retrait et une seconde butée pour

Limiter le déplacement longitudinal de la tige en la posi-

tion avancée.

7. Soupape suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la tige comprend des moyens destinés à venir en contact avec la première butée et placés au voisinage de l'une des extrémités de la tige et des moyens destinés à venir en contact avec la seconde butée, l'un au moins des moyens destinés à venir en contact avec la première butée et des moyens destinés à venir en contact avec la seconde butée étant réglables le long de l'axe longitudinal de la tige, afin de régler la distance longitudinale comprise

entre les positions avancée et en retrait.

8. Soupape suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens destinés à venir en contact avec la première butée comprennent un premier élément s'étendant radialement, le ressort hélicoïdal de compression ayant une

extrémité en contact avec cet élément s'étendant radiale-

ment et une autre extrémité en contact avec une paroi d'ex-

trémité radiale de la cavité centrale du bottier du dispo-

sitif de commande.

9. Soupape suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens destinés à venir en contact avec la

seconde butée comprennent un second élément s'étendant radia-

lement en un matériau conduisant le flux magnétique et les moyens à dispositif de commande comprennent des moyens à électroaimant reliés au bottier du dispositif de commande et placés de manière à attirer magnétiquement le second élément s'étendant radialement avec des forces suffisantes suivant la direction de l'axe longitudinal de la tige pour

faire se déplacer la tige de la position avancée à la posi-

tion en retrait à l'encontre de la force du ressort hélicol-

21 2500566

dal de compression quand la bobine est excitée électrique-

ment.

10. Soupape suivant la revendication 9, caractéri-

sée en ce que le second élément s'étendant radialement est logé dans un évidement d'extrémité du bottier du dispositif de commande, cet évidement d'extrémité étant rendu étanche

au fluide à l'une des extrémités par lesmoyens à électro-

aimant, cet évidement d'extrémité formant une partie du

passage de mise en communication et étant conformé de manié-

re à maintenir un écartement souhaité entre le second élé-

ment s'étendant radialement et les moyens à électroaimant quand la tige est dans sa position en retrait, la qualité

centrale et l'évidement d'extrémité et les moyens de guida-

ge étant conformés de manière à empêcher toute application d'une force statique nette sur la tige dans le fluide dans

les moyens à dispositif de commande de la soupape.

11. Soupape suivant la revendication 4, caractéri-

sée en ce que les moyens de mise en communication réglables comprennent des moyens de blocage pour bloquer sélectivement le dispositif de commande et les bottiers de la soupape

dans une position relative fixe.

12. Injecteur de carburant sensible à un signal de

commande électrique pour effectuer des injections périodi-

ques et dosées de carburant, caractérisé en ce qu'il com-

prend: (a) un bottier (6) d'injecteur de carburant délimitant une cavité (16) d'injection ayant une entrée (24) par laquelle chaque quantité de carburant à injecter est dosée et ayant une sortie (8) par laquelle le carburant dosé passe durant chaque période d'injection suivante (b) un plongeur (10) animé d'un mouvement alternatif; (c) un piston (14) navette monté de manière à

aller et venir pour augmenter et diminuer la dimension ef-

ficace de la cavité (16) d'injection; (d) des moyens hydrauliques pour relier d'une manière pouvant être commandée le piston (14) navette afin de le faire aller et venir en même temps que le plongeur

22 2500566

(10); (e) une soupape (28) commandée électriquement pour interrompre la liaison hydraulique entre le plongeur (10) et le piston (14) navette pendant une durée choisie, au moins une fois pendant chaque cycle alternatif du plon- geur (10), à la fois pour doser et distribuer l'injection de carburant cycle par cycle, cette soupape comprenant:

(1) un boîtier (62, 72) de soupape délimi-

tant une chapelle (76) de soupape, un passage (86) d'entrée destiné à être relié à l'alimentation de fluide sous basse pression, un passage (84) de sortie destiné à être relié au dispositif utilisateur de fluide, et un passage (80) de commande de l'écoulement agencé de manière à ce que le seul

trajet de mise en communication des passages (84, 86) d'en-

trée et de sortie passe par la chapelle (76), le bottier (62, 72) comprenant un siège (82) de soupape entourant le passage (80) de commande de l'écoulement; (2) une bille (78) logée dans la chapelle (76) et pouvant se déplacer entre une position fermée, dans laquelle la bille (78) est appliquée sur le siège (82) avec une étanchéité apte à empêcher tout reflux du

passage (84) de sortie au passage (86) d'entrée, et une po-

sition d'ouverture, dans laquelle du fluide peut s'écouler

dans n'importe quel sens entre les passages (84, 86) d'en-

trée et de sortie; (3) des moyens (88) tendant constamment à

amener la bille (78) vers la position fermée avec une for-

ce suffisante pour l'y maintenir même si la contre-

pression chute à une valeur inférieure à celle d'alimentation; et

(4) des moyens de commande destinés à dé-

placer la bille (78) en position d'ouverture et fermée en réponse à un signal électrique de commande en moins

d'une milliseconde.

13. Injecteur de carburant suivant la revendica-

tion 12, caractérisé en ce que les moyens du dispositif de commande comprennent: (a) une tige (98), dont l'axe longitudinal

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est aligné avec le centre de la bille (78) et qui peut se déplacer entre une position avancée, dans laquelle l'une des extrémités de la tige (98) vient au contact de la bille (78) pour le déplacer vers la position d'ouverture, et une position en retrait, dans laquelle un écarteraent prescrit est ménagé entre cette extrémité de la tige (98) et la bille (78) quand la bille (78) est en la position fermée assurant la fermeture totale de la soupape; b) des moyens sollicitant le dispositif (60) de commande tendant à amener la tige (98) vers la position

avancée avec une force d'ouverture suffisante pour surmon-

ter la force appliquée à la bille (78) par les moyens solli-

citant le dispositif (60) de commande, ceux-ci comprenant un ressort (116) hélicoïdal de compression entourant coaxialement la tige (98); et

c) des moyens (118) électromagnétiques pour dé-

placer la tige de la position avancée à la position en re-

trait quand ces moyens sont excités électriquement et pour permettre à la tige (98) de se déplacer vers la position avancée sous l'action de la force qui lui est appliquée

par les moyens sollicitant le dispositif (60) de commande.

14. Injecteur de carburant suivant la revendica-

tion 13, caractérisé en ce que les moyens de commande com-

prennentun bottier de dispositif de commande ayant des

moyens de guidage de tige destinés à restreindre le dépla-

cement radial de la tige tout en en permettant le déplace-

ment axial entre les positions avancée et en retrait et les moyens du dispositif de commande comprennent des moyens de

liaison réglables destinés à relier le bottier du disposi-

tif de commande au bottier de la soupape d'une manière per-

mettant de régler la position du bottier du dispositif de

commande le long de l'axe longitudinal de la tige par rap-

-)ort au bottier de soupape, afin de régler le jeu entre le siège de soupape et la bille quand la tige est déplacée

vers sa position avancée, et de manière à réglerl'écarte-

ment prescrit entre la bille et l'une des extrémités de

la tige quand la tige est en la position en retrait.

15. Injecteur de carburant suivant la revendica-

24 2500566

tion 14, caractérisé en ce que le boîtier de soupape com-

prend un élément extérieur de boîtier définissant une cha-

pelle ayant un taraudage et un élément intérieur de boîtier définissant le siège de vanne et un passage de commande de l'écoulement ayant un premier jeu de filetage destiné à se visser dans le taraudage du boîtier de vanne, cet élément

intérieur de boîtier fonctionnant de manière à rendre étan-

che au fluide une partie de la niche, de façon à former la chapelle de soupape lorsqu'il est vissé par son filetage

dans l'élément extérieur de bottier.

16. Injecteur de carburant suivant la revendica-

tion 15, caractérisé en ce que la niche comporte un palier pour former une portion intérieure de niche contenant le taraudage et une portion extérieure de niche de plus grand diamètre que la portion intérieure, l'élément intérieur de boîtier s'étendant axialement dans la portion extérieure de niche pour former un canal annulaire, cet élément intérieur de boîtier comprenant un second jeu de filetage qui s'étend dans le canal annulaire et le boîtier du dispositif de commande comprend une cavité centrale ayant un axe central coincidant avec l'axe longitudinal de la tige et les moyens de liaison comprennent un taraudage à l'intérieur de la cavité centrale destinée à coopérer avec le second jeu de filetage de l'élément intérieur de bottier, la rotation du bottier du dispositif de commande par rapport au bottier

de soupape provoquant le réglage dans les positions en re-

trait et avancée de la tige par rapport au siège de soupape.

17. Injecteur de carburant suivant la revendica-

tion 16, caractérisé en ce que le bottier du dispositif de commande comprend des moyens extérieurs d'étanchéité pour réaliser l'étanchéité du canal annulaire afin de former une cavité d'écoulement annulaire entourant l'élément intérieur de boîtier, le passage intérieur du bottier de la soupape débouchant dans la cavité annulaire d'écoulement, le boîtier du dispositif de commande comprenant un passage de mise en communication entre la cavité annulaire d'écoulement et la cavité centrale du bottier du dispositif de commande, la

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cavité centrale étant en communication de fluide avec la

chapelle de soupape à l'aide du passage de commande d'écou-

lement de l'élément intérieur de boîtier.