FR2795137A1

FR2795137A1 - VALVE, IN PARTICULAR HIGH-PRESSURE PUMP NON-RETURN VALVE

Info

Publication number: FR2795137A1
Application number: FR0007620A
Authority: FR
Inventors: Stefan Geise
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2000-12-22
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: DE19927197B4; DE19927197A1; IT1317792B1; FR2795137B1; ITMI20001224A1; ITMI20001224A0; JP2001012626A

Abstract

Clapet notamment clapet anti-retour de pompe à haute pression comportant un organe d'obturation (28) pressé contre un siège (29) par un ressort de clapet (30). Pour garantir le guidage de l'organe d'obturation (28) avec une masse mobile aussi réduite que possible, le ressort de clapet (30) est un ressort hélicoïdal appliqué contre l'organe d'obturation (28) et entourant celui-ci avec deux spires inactives.A valve, in particular a non-return valve of a high pressure pump comprising a shutter member (28) pressed against a seat (29) by a valve spring (30). To guarantee the guiding of the shutter member (28) with a movable mass as small as possible, the valve spring (30) is a helical spring applied against and surrounding the shutter member (28) with two inactive turns.

Description

II

La présente invention concerne un clapet notam- The present invention relates to a valve in particular

ment clapet anti-retour pour une pompe à haute pression. check valve for a high pressure pump.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Selon le document EP 0 268 520 Bl, on connaît dé- According to document EP 0 268 520 Bl, we know

jà un clapet anti-retour dont l'organe d'obturation est une bille placée entre un siège de clapet entourant l'orifice et une butée en regard de l'orifice; cette bille est pressée par un ressort contre le siège. Le ressort de clapet en forme de ressort hélicoïdal s'appuie par sa dernière spire contre la bille pour la soutenir. A l'ouverture et à la fermeture du clapet anti-retour, la dernière spire en particulier respire jà a non-return valve whose closure member is a ball placed between a valve seat surrounding the orifice and a stop opposite the orifice; this ball is pressed by a spring against the seat. The valve spring in the form of a helical spring presses its last turn against the ball to support it. When the check valve opens and closes, the last turn in particular breathes

c'est-à-dire qu'elle se déploie et se rétrécit radialement. that is, it expands and shrinks radially.

Cela se traduit par des mouvements relatifs entre la bille et la dernière spire usant la bille et le ressort; cette usure This results in relative movements between the ball and the last turn using the ball and the spring; this wear

peut entraîner la rupture du ressort et le défaut d'étan- may cause the spring to break and the seal to fail

chéité du clapet anti-retour.the check valve.

Ces effets gênants existent également dans le clapet anti-retour décrit au document US 2 699 179 A; dans celui-ci un ressort entoure une bille formant l'organe These annoying effects also exist in the non-return valve described in document US 2,699,179 A; in this one a spring surrounds a ball forming the organ

d'obturation, avec plusieurs spires écartées les unes des au- shutter, with several turns spaced from each other

tres et qui peuvent également " respirer ". very and who can also "breathe".

Dans le cas d'une pompe à haute pression d'un système d'injection de carburant, un clapet d'échappement de In the case of a high pressure pump of a fuel injection system, an exhaust valve of

haute pression réalisé en forme de clapet anti-retour com- high pressure in the form of a non-return valve

porte comme organe d'obturation, une bille tenue par une cou- carries as a shutter member, a ball held by a

pelle de ressort pour le guidage; un ressort de clapet agit spring shovel for guiding; a valve spring acts

sur cette coupelle pour presser la bille dans un siège entou- on this cup to press the ball in a seat surrounded by

rant l'ouverture du clapet.rant the opening of the valve.

La coupelle à ressort entoure ainsi une tige de guidage à la manière d'une douille et le ressort est monté sur cette tige de guidage. On évite ainsi le contact direct The spring cup thus surrounds a guide rod in the manner of a socket and the spring is mounted on this guide rod. This avoids direct contact

de la bille et de la coupelle à ressort. ball and spring cup.

La coupelle de ressort augmente certainement la masse active de l'organe d'obturation, si bien que du fait de l'inertie, on rencontre les dépassements de pression dans le corps de la pompe, car le clapet haute pression ne s'ouvre pas toujours complètement lorsqu'on atteint la pression d'ouverture, mais exécute une ouverture retardée. On atteint ainsi des pointes de pression dépassant jusqu'à plus de 25 % la pression de fonctionnement souhaitée. Pour une pression de fonctionnement de 1600 bars, on rencontre ainsi des pointes The spring cup certainly increases the active mass of the shutter member, so that due to the inertia, we meet pressure overruns in the pump body, because the high pressure valve does not open always completely when opening pressure is reached, but performs delayed opening. Pressure peaks exceeding 25% of the desired operating pressure are thus reached. For an operating pressure of 1600 bars, we meet spikes

de pression dépassant 2000 bars qui peuvent provoquer la rup- pressure exceeding 2000 bars which can cause rup-

ture du corps du clapet, et ainsi la défaillance de la pompe of the valve body, and thus the failure of the pump

haute pression.high pressure.

AVANTAGES DE L'INVENTIONADVANTAGES OF THE INVENTION

Un clapet avec les caractéristiques de l'invention présente l'avantage par rapport à l'état de la technique que les spires du ressort qui entourent l'organe d'obturation sont des spires inactives. On empêche ainsi la respiration de l'extrémité du ressort tenant l'organe d'obturation c'est-à-dire une extension et une rétraction des spires du ressort comme cela se produit dans l'état de la technique; on évite ainsi en outre l'usure et l'éventuelle A valve with the characteristics of the invention has the advantage over the state of the art that the turns of the spring which surround the shutter member are inactive turns. This prevents breathing of the end of the spring holding the closure member, that is to say an extension and a retraction of the turns of the spring as occurs in the prior art; this also avoids wear and possible

rupture du ressort de clapet. Il est particulièrement avanta- rupture of the valve spring. It is particularly advantageous

geux que l'extrémité de la dernière spire du ressort de cla- geux that the end of the last turn of the spring of cla-

pet soit soudée à la spire précédente. pet is welded to the previous turn.

Il est de plus particulièrement avantageux que la suppression de la coupelle à ressort réduit la masse mobile dans le clapet c'est-à- dire la masse de l'organe d'obturation, par comparaison à l'état de la technique, pour arriver à moins de 30 % (par exemple 0,5 g pour l'invention It is more particularly advantageous that the elimination of the spring cup reduces the mobile mass in the valve, that is to say the mass of the closure member, compared with the prior art, to arrive less than 30% (for example 0.5 g for the invention

par comparaison à 1,8 g dans l'état de la technique) sans ré- compared to 1.8 g in the prior art) without

duire la fiabilité du guidage de l'organe d'obturation, car le ressort de soupape entoure l'organe d'obturation avec deux reduce the reliability of the guide of the shutter member, because the valve spring surrounds the shutter member with two

spires à la manière d'un panier et le guide. turns like a basket and guides it.

Si l'organe d'obturation est une bille de préfé- If the obturation member is a ball of prefe-

rence en céramique notamment en céramique Si3N4, le clapet répond très rapidement, notamment un clapet haute pression, ce qui permet de réduire les pointes de pression exercées sur In ceramic, particularly Si3N4 ceramic, the valve responds very quickly, in particular a high pressure valve, which reduces pressure peaks exerted on

le corps de la pompe; ainsi ces pointes de pression ne dé- the pump body; thus these pressure peaks do not

passent à peine que de 7 %, la pression de fonctionnement normale. Pour une pression de fonctionnement de 1600 bars, cela correspond à des pointes de pression de seulement 100 barely pass that by 7%, the normal operating pressure. For an operating pressure of 1600 bars, this corresponds to pressure peaks of only 100

bars au-dessus de la pression de fonctionnement. bars above operating pressure.

Pour limiter la course de l'organe d'obturation, il est en outre prévu de placer l'organe d'obturation entre le siège de clapet qui entoure l'orifice et une surface de butée qui appuie l'organe d'obturation dans sa position d'ouverture. Pour avoir toujours un bon centrage de l'organe d'obturation, c'est-à-dire un alignement exact par rapport à son siège, la surface de butée est en forme de moyen de cen- trage pour l'organe d'obturation dans sa position d'ouverture. Cela garantit non seulement le guidage de l'organe d'obturation mais évite également le flambage du ressort de clapet. On évite ainsi un mouvement d'écart du ressort de clapet qui pourrait autrement entraîner l'usure et To limit the travel of the shutter member, it is further provided to place the shutter member between the valve seat which surrounds the orifice and an abutment surface which supports the shutter member in its open position. To always have a good centering of the shutter member, that is to say an exact alignment with respect to its seat, the abutment surface is in the form of a centering means for the shutter member in its open position. This not only guarantees the guiding of the shutter member but also prevents buckling of the valve spring. This avoids a movement of the valve spring which could otherwise cause wear and

la rupture de ressort.spring break.

Un autre avantage du guidage de l'organe d'obturation est que le clapet ferme plus rapidement, car l'organe d'obturation, notamment la bille, ne rencontre pas Another advantage of guiding the shutter member is that the valve closes more quickly, because the shutter member, in particular the ball, does not meet

le siège de clapet de manière indéfinie à un endroit quelcon- the valve seat indefinitely anywhere

que, mais est poussé directement dans la position correcte contre le siège de clapet. Cette fermeture augmente l'efficacité de la pompe, en réduisant le débit de retour. On réduit ainsi également l'usure du siège et de l'organe that, but is pushed directly into the correct position against the valve seat. This closure increases the efficiency of the pump, reducing the return flow. This also reduces wear on the seat and the organ

d'obturation.shutter.

DESSINSDRAWINGS

Un exemple de réalisation préférentiel de l'in- An example of preferential implementation of the

vention est représenté de manière simplifiée dans les dessins vention is shown in simplified form in the drawings

et sera décrit ci-après de manière détaillée dans la descrip- and will be described below in detail in the description

tion suivante. Ainsi: - la figure 1 est une coupe schématique d'une partie de pompe notamment d'une pompe à haute pression comportant un clapet selon l'invention, - la figure 2 est une vue à échelle agrandie du clapet selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'un ressort de clapet selon l'invention, - la figure 4 est une coupe à travers une broche de guidage du ressort de clapet, l'organe d'obturation en forme de bille étant représenté appuyé sur une surface de butée en next tion. Thus: - Figure 1 is a schematic section of a pump part in particular of a high pressure pump comprising a valve according to the invention, - Figure 2 is an enlarged view of the valve according to the invention, - Figure 3 is a sectional view of a valve spring according to the invention, - Figure 4 is a section through a guide pin of the valve spring, the ball-shaped closure member being shown supported on a stop surface in

forme de calotte.cap shape.

Dans les différentes figures des dessins, on uti- In the various figures of the drawings, we use

lisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. will read the same references to designate the same elements.

DESCRIPTION DE L'EXEMPLE DE REALISATION DESCRIPTION OF THE EXAMPLE OF IMPLEMENTATION

Selon le schéma simplifié de la figure 1, un pis- According to the simplified diagram of FIG. 1, a pis-

ton 10 est placé dans une chambre de cylindre 11 d'un corps de pompe 12; le piston est entraîné suivant un mouvement de translation en va et vient par un excentrique 13. L'excen- ton 10 is placed in a cylinder chamber 11 of a pump body 12; the piston is driven in a movement of translation back and forth by an eccentric 13. The excen-

trique 13 indiqué seulement de manière schématique à la fi- plate 13 indicated only schematically in the figure

gure 1 tourne autour d'un axe A situé dans le plan du dessin gure 1 rotates around an axis A located in the plane of the drawing

et perpendiculaire à la direction longitudinale du cylindre. and perpendicular to the longitudinal direction of the cylinder.

Un ressort de piston 14 tient le piston 10 en appui contre A piston spring 14 holds the piston 10 in abutment

l'excentrique 13.the eccentric 13.

Le piston 10 délimite une chambre active 15 dans la chambre de cylindre 11; le diamètre intérieur de cette chambre est légèrement supérieur au diamètre extérieur du The piston 10 defines an active chamber 15 in the cylinder chamber 11; the inside diameter of this chamber is slightly greater than the outside diameter of the

piston 10 de manière à former un volume annulaire 17 entou- piston 10 so as to form an annular volume 17 surrounded

rant l'extrémité active 16 du piston 10; un canal de sortie rant the active end 16 of the piston 10; an output channel

18 est relié à ce volume annulaire pour du fluide sous pres- 18 is connected to this annular volume for fluid under pressure

sion notamment du carburant à haute pression. especially high pressure fuel.

L'entrée pour le fluide à pomper, par exemple du carburant dans la chambre active 15 peut se faire par exemple par une conduite 19 à travers une chambre 20 dans laquelle se The inlet for the fluid to be pumped, for example fuel into the active chamber 15 can be done for example by a line 19 through a chamber 20 in which is

trouvent des moyens de commande d'alimentation non détaillés. find supply control means not detailed.

Le corps 12 de la pompe comporte une chambre de clapet 21; la zone d'entrée 22 de cette chambre communique avec le canal de sortie 18. A son extrémité opposée à la zone The body 12 of the pump comprises a valve chamber 21; the inlet zone 22 of this chamber communicates with the outlet channel 18. At its end opposite the zone

d'entrée 22, la chambre de clapet 21 présente un segment fi- inlet 22, the valve chamber 21 has a segment fi-

leté 23 de diamètre augmenté recevant une vis de clapet 24 smoothness 23 of increased diameter receiving a valve screw 24

munie d'un segment à filetage extérieur 25 (voir figure 4). provided with an external thread segment 25 (see FIG. 4).

L'extrémité avant de la vis de clapet 24 est en forme de broche 26 dont la surface frontale est une surface de butée concave 27; la forme de cette surface correspond à celle de l'organe d'obturation 28. La surface de butée 27 peut avoir en principe la forme d'un cône creux. L'organe d'obturation de l'exemple de réalisation préférentiel d'un clapet antiretour de l'invention, décrit ici, est une bille 28 placée entre la surface de butée 27 de la broche 26 de la vis de clapet 24 et un siège de clapet 29 prévu dans la zone d'entrée 22 de la chambre de clapet 21, pour être poussé par The front end of the valve screw 24 is in the form of a pin 26, the front surface of which is a concave abutment surface 27; the shape of this surface corresponds to that of the shutter member 28. The abutment surface 27 may in principle have the shape of a hollow cone. The shutter member of the preferred embodiment of a non-return valve of the invention, described here, is a ball 28 placed between the abutment surface 27 of the pin 26 of the valve screw 24 and a seat valve 29 provided in the inlet area 22 of the valve chamber 21, to be pushed by

un ressort 30 contre le siège de clapet 29. a spring 30 against the valve seat 29.

Selon la figure 3, le ressort de clapet 30 en According to Figure 3, the valve spring 30 in

forme de ressort hélicoïdal présente un segment 31 moyen, es- helical spring shape has a medium segment 31, es-

sentiellement cylindrique, un segment de guidage 32 pour la bille 28 formant l'organe d'obturation à une extrémité; l'autre extrémité du ressort comporte un segment de fixation 33 par lequel le ressort est tenu contre une collerette de fixation 34 de la vis de clapet 24. La collerette de fixation substantially cylindrical, a guide segment 32 for the ball 28 forming the closure member at one end; the other end of the spring has a fixing segment 33 by which the spring is held against a fixing flange 34 of the valve screw 24. The fixing flange

34 est délimitée par un épaulement 35 au niveau de son extré- 34 is delimited by a shoulder 35 at its end

mité opposée à la broche 26; le ressort de clapet 30 s'appuie avec son segment de fixation 33 contre l'épaulement 35. Le segment de fixation 33 peut avoir un diamètre plus faible que le segment cylindrique de ressort 31 et être réalisé par une seule spire pressée contre la collerette de fixation (comme cela est par exemple représenté à la figure mite opposite to pin 26; the valve spring 30 bears with its fixing segment 33 against the shoulder 35. The fixing segment 33 may have a smaller diameter than the cylindrical spring segment 31 and be produced by a single turn pressed against the flange of fixing (as shown for example in the figure

2). Il est également possible de réaliser le segment de fixa- 2). It is also possible to realize the fixing segment.

tion 33 comme représenté à la figure 3, composé de deux spi- tion 33 as shown in figure 3, composed of two spi-

res inactives 33' dont le diamètre correspond au diamètre du inactive res 33 'whose diameter corresponds to the diameter of the

segment de ressort 31, cylindrique.spring segment 31, cylindrical.

Le segment de guidage 32 comporte au moins deux spires inactives 32' dont le diamètre est choisi pour The guide segment 32 includes at least two inactive turns 32 'whose diameter is chosen for

qu'elles s'appliquent contre la bille d'obturation 28, en en- that they are applied against the shutter ball 28, in

tourant celle-ci à la manière d'un panier et la guider. turning it like a basket and guiding it.

L'extrémité libre de la dernière spire inactive 32' peut être The free end of the last inactive turn 32 'can be

soudée à la spire inactive précédente 32' du ressort de cla- welded to the previous inactive turn 32 'of the spring

pet 30, pour garantir une solidité supplémentaire du segment pet 30, to guarantee additional solidity of the segment

de guidage 32.guide 32.

Le segment de guidage 32 réalisé comme élément de guidage en forme de panier à l'extrémité du ressort de clapet 30 constitue ainsi une coupelle à ressort par laquelle le The guide segment 32 produced as a basket-shaped guide element at the end of the valve spring 30 thus constitutes a spring cup by which the

ressort de clapet 30 s'appuie contre la bille 28. valve spring 30 bears against ball 28.

Comme cela apparaît tout particulièrement à la figure 2, la bille 28 formant l'organe d'obturation comporte globalement trois éléments de guidage à savoir le siège de As is particularly apparent in FIG. 2, the ball 28 forming the shutter member generally comprises three guide elements, namely the seat of

clapet 29 de forme conique, le segment de guidage 32 du res- valve 29 of conical shape, the guide segment 32 of the res-

sort de clapet 30 ainsi que la surface de butée 27 en forme valve outlet 30 and the shaped abutment surface 27

de calotte servant de butée de translation. cap serving as translation stop.

Aussi longtemps que le clapet est fermé, la bille As long as the valve is closed, the ball

28 est poussée par le ressort 30 contre le siège 29 du cla- 28 is pushed by the spring 30 against the seat 29 of the

pet, de sorte que la bille est guidée à la fois par le siège pet, so that the ball is guided by both the seat

de clapet 29 et le segment de guidage 32 du ressort 30. Lors- valve 29 and the guide segment 32 of the spring 30. When

que la pression dans la chambre active 15 augmente et atteint la pression de fonctionnement souhaitée, par exemple 1600 bars, la bille 28 est poussée contre la force du ressort de clapet 30 et elle est soulevée du siège de clapet 29 par une as the pressure in the active chamber 15 increases and reaches the desired operating pressure, for example 1600 bars, the ball 28 is pushed against the force of the valve spring 30 and it is lifted from the valve seat 29 by a

force de poussée exercée par le fluide de la chambre de cla- thrust force exerted by the fluid in the collector chamber

pet 21 pour être pressée contre la surface de butée 27. Au cours du déplacement entre le siège 29 et la surface de butée 27 en forme de calotte, la bille 28 est principalement guidée seulement par le segment de guidage en forme de panier 32 du ressort de clapet 30. En position d'ouverture, la bille 28 est de nouveau tenue de façon centrée par deux éléments de guidage. La surface de butée 27 sert d'une part de butée pet 21 to be pressed against the abutment surface 27. During the movement between the seat 29 and the abutment surface 27 in the form of a cap, the ball 28 is mainly guided only by the basket-shaped guide segment 32 of the spring valve 30. In the open position, the ball 28 is again held centrally by two guide elements. The abutment surface 27 serves as a stop part

de limitation de course et d'autre part avec le siège de cla- stroke limitation and secondly with the seat

pet 29 comme autre moyen de guidage de la bille 28. pet 29 as another means of guiding the ball 28.

Le segment de guidage 32 du ressort de clapet 30 peut également être formé de trois spires inactives ou plus si cela devait s'avérer intéressant dans le cas d'une bille The guide segment 32 of the valve spring 30 can also be formed of three or more inactive turns if this should prove to be advantageous in the case of a ball.

de diamètre plus important.larger diameter.

Le guidage complémentaire de la bille 28 par le The complementary guidance of the ball 28 by the

siège de clapet 29 et la surface de butée 27 en forme de ca- valve seat 29 and the stop surface 27 in the form of a

lotte évite tout débattement latéral de la bille 28, de sorte monkfish avoids any lateral movement of the ball 28, so

que l'on ne risque pas de flambage du ressort de clapet 30. that there is no risk of buckling of the valve spring 30.

Pour la bille 28 servant d'organe d'obturation, For the ball 28 serving as a sealing member,

selon des applications, on utilisera une matière appropriée. depending on applications, an appropriate material will be used.

Par exemple, on peut envisager d'utiliser de l'acier. De pré- For example, one can consider using steel. Befor-

férence toutefois la bille 28 est en matière céramique notam- reference however the ball 28 is made of ceramic material in particular

ment en céramique Si3N4 car ainsi, l'organe d'obturation a une résistance particulièrement élevée avec simultanément une made of Si3N4 ceramic because thus the shutter member has a particularly high resistance with simultaneously a

masse faible.low mass.

Claims

CLAIMS ON) Valve in particular non-return valve for a high pressure pump comprising a closure member (28) pushed by a valve spring (30) in the form of a helical spring surrounding the closure member (28) with several adjacent turns against a valve seat (29), characterized in that the valve spring (30) is supported on the closure member (28) with at least two inactive turns (32 ').

2) A valve according to claim 1, characterized in that the diameter of the turns (32 ') surrounding the shutter member (28) and belonging to the valve spring (30) is chosen according to the shape of the member shutter (28) so that the turns (32 ') constitute a shaped guide segment

basket (32).

3) Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the end of the last turn (32 ') of the valve spring

(30) is welded to the previous turn (32 ').

4) A valve according to any one of claims 1, 2, 3,

characterized in that

the shutter member is a ball (28).

) Valve according to any one of the preceding claims.

teeth, characterized in that

the shutter member (28) is made of ceramic, in particular of

ramifies Si3N4.

6) A valve according to any one of the preceding claims.

teeth, characterized in that the closure member (28) is provided between the valve seat

(29) surrounding a valve opening and a buoy surface

tee (27) pressing the shutter member (28) in its open position. 7) A valve according to claim 6, characterized in that

the abutment surface (27) is in the form of a concave cap serving

front of guide means for the shutter member (28) in

its open position.

8) A valve according to claim 6 or 7, characterized in that the abutment surface (27) is formed on a pin (26) which ensures the holding of the valve spring (30) surrounding this

pin with play.