WO2002035081A1 - Fluid injecting device and method for making same - Google Patents

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WO2002035081A1
WO2002035081A1 PCT/FR2001/003243 FR0103243W WO0235081A1 WO 2002035081 A1 WO2002035081 A1 WO 2002035081A1 FR 0103243 W FR0103243 W FR 0103243W WO 0235081 A1 WO0235081 A1 WO 0235081A1
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injection device
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fluid injection
seat
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Nicolas Delmas
Philippe Masson
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Renault
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    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041—Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations

Abstract

The invention concerns a fluid injecting device, in particular for fuelling internal combustion engine, comprising a valve adapted to close a valve seat (100). The invention is characterised in that the valve comprises at least two separate elements (103, 107), a first element (107) constituting the rod, linked to a second element (103) constituting the closure means, the assembly forming thus an integral and fluid-tight mount, the second element (103) being run through by a bore designed to co-operate with one end of the first element (107), said second element further including a spherical part (104) capable of forming with the valve seat (100) a contact zone (112), enabling to provide the device with fluid-tightness when the valve closes the valve seat (100).

Description

DISPOSITIF D' INJECTION DE FLUIDE ET SON PROCEDE DE FLUID INJECTION DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
REALISATIONPRODUCTION
La présente invention concerne un moyen de réalisation d'un dispositif d'injection de fluide, utilisé notamment dans des systèmes destinés à assurer une pulvérisation de fluides.The present invention relates to a means of producing a fluid injection device, used in particular in systems intended to provide a spraying of fluids.
La présente invention concerne plus particulièrement une géométrie particulière de soupape et un procédé de réalisation pour une soupape, destiné à la délivrance dosée de fluides, par exemple dans les systèmes d'injection de carburant de véhicules automobiles.The present invention relates more particularly to a particular valve geometry and to a method of making a valve, intended for the metered delivery of fluids, for example in fuel injection systems of motor vehicles.
Un tel dispositif est décrit par exemple dans les publications FR 2 779 484 et FR 2 758 369 de Daimler-Such a device is described for example in the publications FR 2 779 484 and FR 2 758 369 by Daimler-
Chrysler, la publication US 5 836 521 de Dysekompagniet, ou encore la demande de brevet FR 99-14548, déposée par laChrysler, publication US 5,836,521 to Dysekompagniet, or even patent application FR 99-14548, filed by
Demanderesse.Applicant.
D'après ces documents, on connaît un dispositif d'injection de carburant caractérisé notamment en ce que le dit dispositif d'injection possède une aiguille dite sortante ou suspendue qui peut soit se translater, soit se déformer de manière à définir une fente annulaire d'éjection par rapport à un siège de soupape.According to these documents, a fuel injection device is known, characterized in particular in that said injection device has a so-called outgoing or suspended needle which can either translate or be deformed so as to define an annular slot d ejection from a valve seat.
Les aiguilles précitées ont une forme et une taille variable, adaptée au type de fonctionnement recherché. La forme du siège de soupape et les caractéristiques du jet influencent également la géométrie de l'aiguille et de sa surface d'appui sur son siège. Enfin, le type de matériau utilisé peut varier d'une application à l'autre selon que l'on recherche plutôt l'élasticité ou au contraire la rigidité de l'aiguille. Dans tous les cas cependant, on est confronté au délicat problème de réaliser d'une part une excellente étanchéité du siège lorsque le dispositif est au repos, sans pour autant nuire -aux autres fonctionnalités que doit assurer l'aiguille, et en particulier les ouvertures fermetures de la soupape qui permettent la pulvérisation du fluide.The aforementioned needles have a variable shape and size, adapted to the type of operation sought. The shape of the valve seat and the characteristics of the jet also influence the geometry of the needle and its bearing surface on its seat. Finally, the type of material used can vary from one application to another depending on whether the elasticity or rather the stiffness of the needle is sought. In all cases, however, we are confronted with the delicate problem of achieving, on the one hand, an excellent seal of the seat when the device is at rest, without however harming the other functionalities which the needle must provide, and in particular the openings. valve closures that allow fluid spraying.
Dans certains cas, la prise en compte de toutes les contraintes fonctionnelles de l'aiguille peut aboutir à des solutions techniques qui posent des problèmes de réalisation. Par exemple, les précisions d'usinage (défauts de forme et états de surface) et la dureté requises sur la tête de soupape pour assurer l'étanchéité du nez peuvent être incompatibles avec le type de matériau apte à assurer à la tige des caractéristiques mécaniques correctes.In certain cases, the taking into account of all the functional constraints of the needle can lead to technical solutions which pose problems of realization. For example, the machining precision (defects in shape and surface condition) and the hardness required on the valve head to ensure the sealing of the nose may be incompatible with the type of material capable of ensuring the stem with mechanical characteristics. correct.
Dans le cas par exemple de la demande de brevet FR99-14548 déposée par la Demanderesse, l'ouverture de la soupape est générée par les déformations de l'aiguille sous les effets des ondes acoustiques ultrasonores. Pour ce type d'application, le matériau utilisé pour la tige doit, tout à la fois, être suffisamment élastique pour permettre des déformations importantes, posséder une limite d'élasticité élevée et une bonne résistance à la fatigue. Dans le cas de cette application, le titane semble être le matériau le mieux adapté. Cependant, si l'on considère maintenant l'étanchéité du siège, on s'aperçoit alors que ce matériau ne possède pas la dureté requise et peut poser des problèmes de tribologie avec le type de matériau retenu pour le siège, si celui-ci n'est pas du titans- Parallèlement, pour d'autres types de fonctionnement (tel par exemple que ceux des dispositifs décrits dans les publications FR 2 779 484 et FR 2 758 369) dans lesquels l'ouverture de la soupape est générée par un déplacement de l'aiguille, il est préférable d'utiliser pour la tige un matériau possédant une dureté et un module de Young élevés, ce qui rend alors difficile, pour la tête de soupape, la réalisation d'usinages à la fois complexes et précis, tout en garantissant un état de surface de qualité.In the case for example of patent application FR99-14548 filed by the Applicant, the opening of the valve is generated by the deformations of the needle under the effects of ultrasonic acoustic waves. For this type of application, the material used for the rod must, at the same time, be sufficiently elastic to allow significant deformations, have a high yield strength and good resistance to fatigue. In this application, titanium seems to be the most suitable material. However, if we now consider the tightness of the seat, we can see that this material does not have the required hardness and can cause tribology problems with the type of material used for the seat, if it does not is not tit an s- At the same time, for other types of operation (such as for example that of devices described in the publications FR 2 779 484 and FR 2 758 369) in which the opening of the valve is generated by a displacement of the needle, it is preferable to use for the rod a material having a hardness and a modulus of Young high, which makes it difficult for the valve head to carry out machining that is both complex and precise, while ensuring a quality surface finish.
La présente invention a pour objectif de perfectionner la réalisation, entre autre des dispositifs précités, en proposant une géométrie et un procédé de réalisation de l'aiguille, afin que ses caractéristiques mécaniques répondent mieux aux besoins fonctionnels d'un dispositif destiné à la délivrance dosée de fluides, en particulier l'étanchéité de la soupape sur son siège et les caractéristiques mécaniques de la tige.The object of the present invention is to improve the production, inter alia of the aforementioned devices, by proposing a geometry and a method for producing the needle, so that its mechanical characteristics better meet the functional needs of a device intended for metered delivery. fluids, in particular the tightness of the valve on its seat and the mechanical characteristics of the stem.
Cette optimisation s'effectue notamment grâce à l'utilisation d'une surface de contact de type sphère sur cône et à une technique d'assemblage permettant de bénéficier d'une architecture à la fois résistante à l'usure et possédant des caractéristiques mécaniques adaptées, particulièrement dans le cas d'une structure excitée par des ondes acoustiques comme celle décrite dans la demande de brevet FR 99-14548. Selon l'invention, la structure est ainsi constituée de deux parties distinctes, formant un ensemble solidaire, chacune assurant une fonction déterminée. Avec ce type de structure hétérogène, on obtient ainsi un avantage essentiel en ce que chacune des parties de l'aiguille bénéficie d'une plus grande souplesse de réalisation. Par exemple, le choix du matériau pourra être adapté spécifiquement pour chacune des parties, en prenant en compte indépendamment chacune des fonctionnalités à assurer.This optimization is carried out in particular through the use of a contact surface of the sphere on cone type and an assembly technique which makes it possible to benefit from an architecture which is both resistant to wear and has suitable mechanical characteristics. , particularly in the case of a structure excited by acoustic waves such as that described in patent application FR 99-14548. According to the invention, the structure is thus made up of two distinct parts, forming an integral unit, each ensuring a determined function. With this type of heterogeneous structure, an essential advantage is thus obtained in that each of the parts of the needle benefits from greater flexibility of construction. For example, the choice of material could be specifically adapted for each part, independently taking into account each of the functions to be provided.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif d'injection, objet de l'invention, la première partie, qui assure les moyens d'ouverture et de fermeture de la soupape, est constituée d'une tige dont la section et le type de matériau sont adaptés en fonction du type de fonctionnement choisi pour -1' injecteur . En particulier, dans le cas d'une structure,, telle que décrite dans les publications FR 2 779 484 et FR 2 758 369, dans lesquelles la fente d'éjection du fluide est obtenue par une translation de l'aiguille, et où les moyens de rappel élastiques sont assurés par un ressort, la section pourra être comprise entre 7 et 50 mm2 et le matériau choisi pourra être un acier, de manière à garantir au système une rigidité suffisante pour que les déformations de la dite tige n'induisent pas de perturbations lors du fonctionnement du système. Dans le cas en revanche ou la tige constitue en elle-même un moyen de rappel élastique, comme dans la demande de brevet FR 99-14548, la section pourra être de valeur plus faible, par exemple comprise entre 0.7 et 10 mm2, préférentiellement 0.78 mm2, et le matériau choisi du titane, par exemple de nuance TA6V, de sorte que sa déformation en fonctionnement ne nécessite * pas une trop grande quantité d'énergie. Parallèlement, afin de favoriser dans ce cas les déformations induites par les ondes acoustiques transmises dans l'aiguille par le moyen excitateur, il est nécessaire que l'impédance de la dite aiguille soit faible devant celle du moyen excitateur précité. Une solution consiste, par exemple, à s'assurer que le rapport de la section de l'aiguille sur celle du moyen excitateur reste inférieur à 1, idéalement égal à 0,5. Selon le même mode de réalisation particulier du dispositif d'injection, la seconde partie, qui constitue les moyens obturateurs de la soupape contre l'extrémité du siège est caractérisée en ce qu'elle forme une liaison solidaire avec le reste de la tige et possède un diamètre maximal supérieur à celui de la tige précitée, de manière à entrer en contact avec le siège de la dite soupape sous la contrainte des moyens de rappel élastiques. Le matériau utilisé pour la réalisation de cette partie pourra être de nature différente de celui qui constitue le reste de l'aiguille, et possédera préférentiellement une dureté élevée.According to a particular embodiment of the injection device, object of the invention, the first part, which provides the means for opening and closing the valve, consists of a rod whose section and type of material are adapted according to the type of operation chosen for -1 injector. In particular, in the case of a structure, as described in the publications FR 2 779 484 and FR 2 758 369, in which the fluid ejection slot is obtained by translation of the needle, and where the elastic return means are provided by a spring, the section may be between 7 and 50 mm 2 and the material chosen may be steel, so as to guarantee the system sufficient rigidity so that the deformations of said rod do not induce no disturbances during the operation of the system. In the case, on the other hand, or the rod constitutes in itself an elastic return means, as in patent application FR 99-14548, the section may be of lower value, for example between 0.7 and 10 mm 2 , preferably 0.78 mm 2 , and the chosen material of titanium, for example of shade TA6V, so that its deformation in operation does not * require too much energy. At the same time, in order to promote in this case the deformations induced by the acoustic waves transmitted into the needle by the exciter means, it is necessary that the impedance of said needle is low compared to that of the exciter means. supra. One solution consists, for example, in ensuring that the ratio of the cross section of the needle to that of the exciter means remains less than 1, ideally equal to 0.5. According to the same particular embodiment of the injection device, the second part, which constitutes the valve shutter means against the end of the seat, is characterized in that it forms an integral connection with the rest of the rod and has a maximum diameter greater than that of the aforementioned rod, so as to come into contact with the seat of said valve under the constraint of the elastic return means. The material used for the production of this part may be of a different nature from that which constitutes the rest of the needle, and will preferably have a high hardness.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de soupape, qui constitue les moyens obturateurs, est de forme au moins partiellement hémisphérique de manière à former, lors des contacts avec le siège de soupape, une zone de contact circulaire.According to another characteristic of the invention, the valve head, which constitutes the shutter means, is at least partially hemispherical in shape so as to form, when in contact with the valve seat, a circular contact zone.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de soupape est traversée par un alésage qui permet de l'emmancher à force sur la tige qui présente à son extrémité une partie cylindrique finement ajustée qui joue un rôle de guidage, et terminée par un épaulement de diamètre supérieur à l'alésage précité, destiné à empêcher la translation de la dite soupape le long de la tige lors des accostages de la soupape sur son siège. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'alésage percé dans la tête de soupape est partiellement fileté de même que l'épaulement à l'extrémité de la tige, de manière à pouvoir visser la tête de soupape sur la tige assurant ainsi une liaison rigide bilatérale.According to another characteristic of the invention, the valve head is traversed by a bore which allows it to be force fitted on the rod which has at its end a finely adjusted cylindrical part which plays a guiding role, and terminated by a shoulder of diameter greater than the aforementioned bore, intended to prevent the translation of said valve along the rod during docking of the valve on its seat. According to another characteristic of the invention, the bore drilled in the valve head is partially threaded as is the shoulder at the end of the rod, so as to be able to screw the valve head onto the rod thus ensuring a bilateral rigid connection.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la tête de soupape est constituée d'une bille de roulement calibrée percée et alésée de manière à bénéficier d'un très faible défaut de forme et d'un excellent état de surface au niveau de la surface de contact qui assure l'étanchéité du système.According to another characteristic of the invention, the valve head consists of a calibrated rolling ball drilled and bored so as to benefit from a very slight defect in shape and from an excellent surface condition at the surface contact that seals the system.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la bille de roulement calibrée, qui constitue la tête de soupape, est partiellement usinée afin de diminuer sa masse, en particulier par rapport à la masse de la tige, tout en limitant les effets de mouillage de la soupape lors des éjections.According to another characteristic of the invention, the calibrated rolling ball, which constitutes the valve head, is partially machined in order to reduce its mass, in particular with respect to the mass of the rod, while limiting the wetting effects of the valve during ejections.
On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci- après de différents modes de réalisation, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :The aims, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the description given below of various embodiments, presented by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue globale en coupe du dispositif d'injection objet de l'invention laissant apparaître les deux parties distinctes constituant la soupape, la zone de contact de la tête de la soupape sur le siège, ainsi que la partie extrême de la buse destinée à conduire le carburant jusqu'à l'orifice d'éjection, formé par la tête de soupape sur son siège, - la figure 2 est une vue en demi-coupe transversale de la tête de soupape seule sur laquelle sont représentées les différentes parties fonctionnelles pour l'assemblage, l'étanchéité, et la mise en forme du jet, - la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 et décrit un premier mode de réalisation pour l'assemblage de la tête de soupape sur la tige,- Figure 1 is an overall sectional view of the injection device object of the invention showing the two separate parts constituting the valve, the contact area of the valve head on the seat, as well as the end part of the nozzle intended to conduct the fuel to the ejection orifice, formed by the valve head on its seat, - Figure 2 is a cross-sectional half view of the valve head alone on which are represented the different functional parts for assembly, sealing, and shaping of the jet, - Figure 3 is a view similar to FIG. 1 and describes a first embodiment for assembling the valve head on the rod,
- la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 et décrit un second mode de réalisation pour l'assemblage de la tête de soupape sur la tige.- Figure 4 is a view similar to Figure 1 and describes a second embodiment for assembling the valve head on the rod.
En se reportant à la figure 1, nous avons représenté le dispositif d'injection objet de l'invention.Referring to Figure 1, we have shown the injection device object of the invention.
Ce dispositif présente une soupape composée de deux éléments distincts solidaires. Le premier consiste en une tige ou aiguille 107, de forme cylindrique s'étend à l'intérieur de la buse 110, et une extrémité dépasse de la dite buse 110. Ladite extrémité est caractérisée en ce qu'elle présente deux surfaces cylindriques lisses, 105 et 106, de diamètres différents et supérieurs à celui du reste de la tige 107. Le raccordement entre les deux surfaces cylindriques lisses 105,106 définit un épaulement destiné comme nous le verrons plus loin au blocage de l'aiguille 107 en translation.This device has a valve made up of two separate integral elements. The first consists of a rod or needle 107, of cylindrical shape extends inside the nozzle 110, and one end protrudes from said nozzle 110. Said end is characterized in that it has two smooth cylindrical surfaces, 105 and 106, of different diameters and greater than that of the rest of the rod 107. The connection between the two smooth cylindrical surfaces 105, 106 defines a shoulder intended as we will see later for blocking the needle 107 in translation.
Le second élément 103, appelé bille ou tête d'aiguille, est constitué d'une pièce initialement sphérique 102 (représentée en traits pointillés) dont la surface extérieure à été rectifiée afin de lui donner la forme d'un cylindre creux 113, tout en conservant cependant sur son extrémité inférieure une partie sphérique 104 destinée à venir en contact avec le siège de soupape 100. L'epaulement formé par le raccordement des deux surfaces cylindriques 105 et 106 à l'extrémité de la tige 107 est adapté de manière à venir en appui, lors de l'assemblage, sur l'epaulement 108 réalisé à l'intérieur de la bille 103. En utilisant ainsi l'epaulement 108 assorti d'un montage serré de la surface cylindrique 105 de la tige 107 dans la bille 103, on obtient tout à la fois une liaison rigide entre la bille 103 et la tige 107 et une étanchéité du dispositif au fluide. L'ensemble ainsi constitué par les deux éléments, précités possède de plus l'avantage de présenter le long de la zone de contact 112 un excellent état de surface ainsi qu'un très faible défaut de forme, garant d'une étanchéité parfaite pour la soupape. Un autre avantage de ce type de montage est de pouvoir adapter le choix du matériau de la bille 103 indépendamment de celui de la tige 107. Ceci permet donc d'optimiser indépendamment chaque élément du dispositif en fonction de l'application désirée. Enfin, la réalisation du dispositif permet des tolérances de fabrication moins élevées que dans le cas d'une aiguille monobloc ou l'usinage de la tête conditionne l'étanchéité de la soupape sur son siège. En effet, la qualité et les caractéristiques mécaniques de la surface, qui permettent d'assurer l'étanchéité, dépendent uniquement du grade et du type de bille choisi. Par exemple, une étanchéité totale pour un fonctionnement de plusieurs centaines . de bars pourra être obtenue en optant pour une bille en X105CrMol7 de grade 10. Le diamètre de la surface cylindrique 106 de la partie intermédiaire de la tige 107, tel qu'il est présenté sur cette figure, est supérieur au diamètre du reste de la tige 107. En fait, il est tout à fait possible de réaliser une tige 107 ne possédant qu'une seule variation de diamètre à son extrémité. Cependant, il peut être intéressant, de posséder un diamètre de tige 107 le plus faible possible devant le diamètre de la buse 110 en se préservant toutefois la possibilité de réaliser un guidage de la tête de l'aiguille 107. Ceci afin d'éviter que les mouvements de translation de la dite aiguille 107 lors des ouvertures et des fermetures de la soupape ne soient perturbés par un battement trop prononcé de la tête d'aiguille. Ce dernier risquerait de provoquer des perturbations dans la forme du jet et à terme, risquerait d'endommager le siège de la soupape 100.The second element 103, called a ball or needle head, consists of an initially spherical part 102 (shown in dotted lines) whose outer surface has been rectified in order to give it the shape of a hollow cylinder 113, while retaining however on its lower end a spherical part 104 intended to come into contact with the valve seat 100. The shoulder formed by the connection of the two cylindrical surfaces 105 and 106 at the end of the rod 107 is adapted so as to come to bear, during assembly, on the shoulder 108 produced inside the ball 103. By thus using the shoulder 108 accompanied by a tight mounting of the cylindrical surface 105 of the rod 107 in the ball 103, one obtains both a rigid connection between the ball 103 and the rod 107 and a tightness of the fluid device. The assembly thus constituted by the two aforementioned elements also has the advantage of having along the contact area 112 an excellent surface condition as well as a very slight defect in shape, guaranteeing a perfect seal for the valve. Another advantage of this type of mounting is to be able to adapt the choice of material of the ball 103 independently of that of the rod 107. This therefore makes it possible to independently optimize each element of the device according to the desired application. Finally, the realization of the device allows lower manufacturing tolerances than in the case of a monobloc needle or the machining of the head conditions the tightness of the valve on its seat. Indeed, the quality and mechanical characteristics of the surface, which ensure sealing, depend solely on the grade and type of ball chosen. For example, a total seal for operation of several hundred. bars can be obtained by opting for a grade 10 X105CrMol7 ball. The diameter of the cylindrical surface 106 of the intermediate part of the rod 107, as shown in this figure, is greater than the diameter of the rest of the rod 107. In fact, it is quite possible to produce a rod 107 having only one variation in diameter at its end. However, it may be advantageous to have a rod diameter 107 that is as small as possible compared to the diameter of the nozzle 110, while nevertheless preserving the possibility of guiding the head of the needle 107. This in order to avoid that the translational movements of said needle 107 during the openings and closings of the valve are not disturbed by an overly pronounced beat of the needle head. The latter would risk causing disturbances in the shape of the jet and ultimately, could damage the seat of the valve 100.
Cette fonction de guidage peut donc être réalisée par la partie inférieure 109 de la surface cylindrique 106 lorsque celle-ci s'étend à l'intérieur de l'alésage 111 conformé à l'intérieur de la buse 110.This guiding function can therefore be performed by the lower part 109 of the cylindrical surface 106 when the latter extends inside the bore 111 formed inside the nozzle 110.
Parallèlement, en fonction de l'ajustement choisi pour la réalisation des parties 111 et 109, la surface cylindrique 106 pourra également assurer une fonction de limiteur de débit. Dans une forme particulière de réalisation non représentée du limiteur de débit précité, on peut prévoir plusieurs fentes longitudinales sur le cylindre 109 de sorte que seule une partie de sa surface extérieure soit en appui sur l'alésage 111, assurant ainsi une fonction de guidage précis sans toutefois gêner le passage du fluide. Sur la figure 2 apparaît la forme particulière de la tête d' aiguille 103 avant que celle-ci ne soit emmanchée sur la tige, formant ainsi le dispositif visible sur la figure 1. On constate que de la forme sphérique initiale de la bille 102, seule une petite partie a été conservée. Le reste de la surface extérieure de la bille précitée a été usiné de manière à obtenir un cylindre 113 d'encombrement réduit par rapport à la forme initiale de la bille. L'intérêt de cette modification est double : d'une part, elle permet de diminuer le poids global de la tête d'aiguille 103, ce qui est particulièrement important dans le cas d'applications telles que celles décrites dans la demande de brevet FR 99-14548. D'autre part, l'extrémité inférieure du cylindre 113 sur laquelle est définie la zone d'appui 104 de la soupape sur son siège, présente après cette modification un angle de dépouille α avec la surface du cylindre 113. Ce dit angle α permet alors d'éviter les phénomènes de mouillage de la tête d'aiguille par le carburant. Toujours pour les mêmes raisons, il sera préférable de polir la surface extérieure du cylindre 113 après usinage de manière à obtenir une rugosité de surface inférieure au micron, par exemple Ra<0.5μm.At the same time, depending on the adjustment chosen for the production of parts 111 and 109, the cylindrical surface 106 may also provide a function of flow limiter. In a particular embodiment (not shown) of the aforementioned flow limiter, it is possible to provide several longitudinal slots on the cylinder 109 so that only part of its external surface is in abutment on the bore 111, thus ensuring a precise guiding function without however hindering the passage of the fluid. FIG. 2 shows the particular shape of the needle head 103 before it is fitted onto the rod, thus forming the device visible in FIG. 1. It can be seen that from the initial spherical shape of the ball 102, only a small part has been preserved. The rest of the outer surface of the aforementioned ball has been machined so as to obtain a cylinder 113 of reduced bulk compared to the initial shape of the ball. The advantage of this modification is twofold: on the one hand, it makes it possible to reduce the overall weight of the needle head 103, which is particularly important in the case of applications such as those described in the patent application FR 99-14548. On the other hand, the lower end of the cylinder 113 on which is defined the bearing area 104 of the valve on its seat, after this modification has a clearance angle α with the surface of the cylinder 113. This said angle α allows then to avoid the phenomena of wetting of the needle head by the fuel. Still for the same reasons, it will be preferable to polish the exterior surface of the cylinder 113 after machining so as to obtain a surface roughness less than one micron, for example Ra <0.5 μm.
Les différentes dimensions pour les alésages 115 et 116 doivent être adaptées en fonction de la forme et de la taille de la tige. La largeur de l'epaulement 108 devra être choisie de manière à supporter les contraintes induites lors des fermetures de soupape. On choisira pour cela une largeur d' épaulement 108 comprise entre 0.2 et 0.4 mm en fonction du type de matériau utilisé. Pour une bille 103 en Xrl05CrMol7, et une tige en titane TA6V on choisira préférentiellement une largeur d' épaulement 108 de 0.25 mm. Si l'on s'intéresse maintenant à la figure 3 sur laquelle est représentée un premier procédé d'assemblage, on retrouve les deux éléments constitutifs de la soupape, à savoir la bille 103 et la tige 107 tels qu'ils ont été présentés sur la figure 1. Ce schéma laisse apparaître le sens de montage de la tige 107 dans la bille 103 qui doit être réalisé dans le sens opposé aux efforts induits par les fermetures de la soupape afin que l'epaulement 108 bloque la translation de la dite tige 107. Selon ce mode particulier d'assemblage, la tige 107 est montée serrée à l'intérieur de l'alésage 115 de la bille 103. La tolérance de montage devra être fixée en fonction des matériaux utilisés et devra prendre en compte les déformations dues aux contraintes thermiques auxquelles seront soumises les dits matériaux durant le fonctionnement du dispositif. On choisira au moins un serrage de 0.02 mm afin d'éviter que le fluide ne passe entre la tige 107 et la bille 103 Par exemple, la tige 107 pourra être assemblée par frettage sur la bille 103. L'alésage 116 pourra servir de guide lors du montage et ne sera pas forcément serré autour de la tige 107. Au contraire, le diamètre sera adapté de manière à obtenir un assemblage sans jeu avec la tige 107, de sorte que l'état de surface de la dite tige 107, à cet endroit, ne soit pas détérioré lors de l'assemblage et puisse ainsi remplir, si nécessaire, un rôle de guidage de la tête d' aiguille lors des ouvertures fermetures de la soupape.The different dimensions for bores 115 and 116 must be adapted according to the shape and size of the rod. The width of the shoulder 108 should be chosen so as to withstand the stresses induced during valve closings. A shoulder width 108 of between 0.2 and 0.4 mm will be chosen for this depending on the type of material used. For a ball 103 made of Xrl05CrMol7, and a titanium rod TA6V, a shoulder width 108 of 0.25 mm will preferably be chosen. If we now turn to FIG. 3 in which a first assembly process is represented, we find the two constituent elements of the valve, namely the ball 103 and the rod 107 as they have been presented on Figure 1. This diagram shows the direction of assembly of the rod 107 in the ball 103 which must be performed in the opposite direction to the forces induced by the valve closings so that the shoulder 108 blocks the translation of said rod 107. According to this particular method of assembly, the rod 107 is mounted tightly inside the bore 115 of the ball 103. The mounting tolerance must be fixed according to the materials used and must take into account the deformations due thermal stresses to which said materials will be subjected during the operation of the device. We will choose at least a tightening of 0.02 mm to prevent the fluid from passing between the rod 107 and the ball 103 For example, the rod 107 may be assembled by shrinking on the ball 103. The bore 116 may serve as a guide during assembly and will not necessarily be tightened around the rod 107. On the contrary, the diameter will be adapted so as to obtain an assembly without play with the rod 107, so that the surface condition of said rod 107, at this place is not damaged during assembly and can thus fulfill, if necessary, a role of guiding the needle head during the valve closing openings.
Selon la figure 4 qui représente un second mode d'assemblage possible, la tige 107, filetée sur son extrémité supérieure, est vissée dans un filet 117 réalisé à l'intérieur de l'alésage 115 de la bille 103. Afin de permettre un assemblage parfaitement coaxial de la tige 107 sur la bille 103, il est nécessaire de conserver une partie non filetée 118, dont la tolérance de montage sera choisie de manière à guider la dite tige 107 lors du montage dans la bille 103 précitée.According to FIG. 4 which represents a second possible method of assembly, the rod 107, threaded on its upper end, is screwed into a thread 117 produced inside the bore 115 of the ball 103. In order to allow a perfectly coaxial assembly of the rod 107 on the ball 103, it is necessary to keep a non-threaded part 118, the mounting tolerance of which will be chosen so as to guide said rod 107 during assembly in the aforementioned ball 103.
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.Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of example.
Au contraire, l'-invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles ci sont effectuées selon son esprit.On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described as well as their combinations if these are carried out according to the spirit.
En particulier, l'invention est applicable à des aiguilles d'injection ou des soupapes qui s'ouvrent vers l'intérieur. Dans ce cas, il suffit d'inverser le sens d'assemblage de la tige dans la bille de manière à ce que l'epaulement formé par la différence de diamètre des deux alésages percés à l'intérieur de la dite bille s'oppose à la translation de la tige sous l'action des contraintes induites par le choc de la soupape sur son siège. In particular, the invention is applicable to injection needles or valves which open inwards. In this case, it suffices to reverse the direction of assembly of the rod in the ball so that the shoulder formed by the difference in diameter of the two bores drilled inside said ball is opposed to the translation of the rod under the action of the stresses induced by the shock of the valve on its seat.

Claims

REVENDICATIONS : CLAIMS:
[1] Dispositif d'injection de fluides, notamment de carburant pour moteur à combustion interne, comprenant une soupape adaptée pour obturer un siège (100) de soupape, caractérisé en ce que la soupape comprend au moins deux éléments distincts (103,107), un premier élément (107) constituant la tige, lié à un second élément (103) constituant les moyens obturateurs, l'ensemble formant ainsi un montage solidaire et étanche aux fluides, ledit second élément (103) étant traversé par un alésage, destiné à coopérer avec une extrémité du premier élément (107), ledit second élément présentant, en outre, une partie sphérique (104) pouvant former avec le siège (100) de la soupape une zone de contact (112), qui permet d'assurer l'étanchéité du dispositif aux fluides lorsque la soupape obture le siège (100) de soupape.[1] Device for injecting fluids, in particular fuel for an internal combustion engine, comprising a valve adapted to close a valve seat (100), characterized in that the valve comprises at least two distinct elements (103,107), a first element (107) constituting the rod, linked to a second element (103) constituting the shutter means, the assembly thus forming an integral and fluid-tight assembly, said second element (103) being crossed by a bore, intended to cooperate with one end of the first element (107), said second element having, in addition, a spherical part (104) capable of forming with the seat (100) of the valve a contact zone (112), which makes it possible to ensure the sealing the device against fluids when the valve closes the valve seat (100).
[2] Dispositif d'injection de fluides selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément (103) est conformé de manière à présenter une masse faible devant la masse du premier élément (107) .[2] Fluid injection device according to claim 1, characterized in that the second element (103) is shaped so as to have a low mass compared to the mass of the first element (107).
[3] Dispositif d'injection de fluides selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second élément (103) comporte une portion cylindrique (113) , de même axe que l'alésage, délimitant, à l'une de ses extrémités, la partie sphérique (104).[3] Fluid injection device according to claims 1 or 2, characterized in that the second element (103) comprises a cylindrical portion (113), of the same axis as the bore, delimiting, to one of its ends, the spherical part (104).
[4] Dispositif d'injection de fluides selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface extérieure (113) dudit second élément (103) présente un état de surface possédant une rugosité inférieure à 1 μm, typiquement de l'ordre de 0,5 μm.[4] Fluid injection device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the exterior surface (113) of said second element (103) presents a surface condition having a roughness less than 1 μm, typically of the order of 0.5 μm.
[5] Dispositif d'injection de fluides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier élément (107) possède au moins deux parties cylindriques (105,106) de diamètres différents, au moins une première partie cylindrique (105) desdites deux parties cylindriques (105,106) étant assemblée serrée à l'intérieur de l'alésage du second élément (103), la seconde partie cylindrique (106) étant ajustée avec l'alésage de manière à constituer un moyen de guidage du premier élément (107) à l'intérieur du second élément (103) lors de l'assemblage du premier élément (107) sur le second élément (103), lesdites parties cylindriques (105,106) formant, en outre, un épaulement permettant de bloquer en translation le premier élément (107) à l'intérieur du second élément (103), sous l'effet des forces de contact de la soupape sur son siège (100) .[5] Fluid injection device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first element (107) has at least two cylindrical parts (105,106) of different diameters, at least a first cylindrical part ( 105) of said two cylindrical parts (105,106) being assembled tightly inside the bore of the second element (103), the second cylindrical part (106) being adjusted with the bore so as to constitute a means for guiding the first element (107) inside the second element (103) during the assembly of the first element (107) on the second element (103), said cylindrical parts (105,106) forming, in addition, a shoulder making it possible to block in translation of the first element (107) inside the second element (103), under the effect of the contact forces of the valve on its seat (100).
[6] Dispositif d'injection de fluides selon la revendications 5 caractérisé en ce que le premier élément (107) est assemblé par frettage à l'intérieur du second élément (103) .[6] Fluid injection device according to claim 5 characterized in that the first element (107) is assembled by shrink fit inside the second element (103).
[7] Dispositif d'injection de fluides selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier élément (107) possède en son extrémité une partie filetée (117) et une partie lisse (118), la dite partie filetée (117) coopérant par vissage avec l'intérieur dudit second élément (103) , de manière à bloquer en translation ledit premier élément (107) à l'intérieur dudit second élément (103), et la dite partie lisse (116) constitue, au moins en partie, un moyen de guidage du premier élément (107) à l'intérieur du second élément (103) lors de l'assemblage.[7] Fluid injection device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first element (107) has at its end a threaded part (117) and a smooth part (118), the so-called threaded part (117) cooperating by screwing with the interior of said second element (103), so as to block in translation said first element (107) inside said second element (103), and said smooth part (116) constitutes, at least in part, a means of guiding the first element (107) inside the second element (103) during assembly.
[8] Procédé de réalisation du dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second élément (103) est obtenu à partir d'une sphère de diamètre calibré .[8] Method for producing the device according to claims 1 to 7, characterized in that the second element (103) is obtained from a sphere of calibrated diameter.
[9] Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la sphère est usinée de façon à définir une portion cylindrique (113) délimitant à l'une de ses extrémités une portion sphérique' (114) de diamètre égal au diamètre de la sphère.[9] Method according to claim 8, characterized in that the sphere is machined so as to define a cylindrical portion (113) delimiting at one of its ends a spherical portion ' (114) of diameter equal to the diameter of the sphere .
[10] Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface extérieure du second élément (103) est rectifiée afin de posséder un état de surface présentant une rugosité inférieure au micron, typiquement de l'ordre de 0,5 μ . [10] Method according to claim 9, characterized in that the exterior surface of the second element (103) is ground in order to have a surface condition having a roughness less than one micron, typically of the order of 0.5 μ.
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