Brevet FR2241008A1 — publié le 19750314

La présente invention a pour objet un injecteur électro-magnétique destiné à l'injection électronique d'essence. Le secteur technique de l'inventlon est celui de la construction des -vEhicules à injection d'essence indirecte ou directe. On connaît des dispositifs électroniques d'injection indirecte dtes- sence, c 'està--dire dans lesquels l'essence, sous une faible pression, par exemple de l'ordre de deux bars est- injectée dans la conduite d'admission des cylindres. On a également proposé des dispositifs électroniques pour injecter une partie de l'essence directement dans le cylindre, sous une pression de l'ordre de quarante bars par exemple, cette injection directe se faisant en complément de l'injection indirecte. Dans tous ces dispositifs électroniques, on fait varier, en fonction du régime de marche du moteur, la quantité d'essence injectée, en faisant varier le temps d'ouverture d'un injecteur électromagnétique. On connaît déjà des injecteurs électro-magnétiques comportant une aiguille d'injection terminée par un pointeau qui forme un obturateur en s 'ap- puyant sur un siège. Les mouvements de I'aiguille d'injection sont commandés par un électro-aimant dans la bobine duquel on envoie des impulsions de tension rectangu laires, à front de montée et de descente très raides. On règle le temps d'ouverture en réglant électroniquement la durée des impulsions en fonction de divers paramètres mesurés. Les moyens électroniques permettent de déterminer et d'obtenir avec une très grande précision, inférieure à la milliseconde, la durée nécessaire des impulsions électriques de commande de l'ouverture de l'aiguille d'injection. Une des difficultés à résoudre est de réaliser un injecteur ayant un très grand degré de précision afin de conserver le bénéfice de la très grande précision des dispositifs électroniques. On a déjà proposé des injecteurs électromagnétiques destinés à etre utilisés en combinaison avec un dispositif de commande électronique. Ces injecteurs électroniques connus comportent d'une part un électro-aimant constitué par une bobine et par un circuit magnétique et d'autre part une aiguille d'injection terminée par un pointeau qui porte sur un siège A l'extrémité opposée au pointeau, l'aiguille d'injection porte une tête en acier, appelée masse polaire, qui fait partie du circuit magnétique. Lorsqu'on envoie une impulsion de tension ou d'intensité rectangulaire dans la bobine de l'électro-aimant, la masse polaire est attirée dans le sens de la fermeture du circuit magnétique et elle ouvre le pointeau. Pour contrôler le débit instantané de l'injecteur, on agit, dans les injecteurs connus, sur la course ou levée de l'aiguille d'injection qui est réglée par une butée. Ceci exige une très grande précision dans le positionnement de la butée. Par exemple, on connaît des injecteurs de ce type dans lesquels la tolérance dans le positionnement de la butée est de quelques microns pour obtenir une bonne qualité de fonctionnement. Il est évidemment très difficile d'obtenir et de conserver un réglage de positionnement aussi précis. Si tous les injecteurs étaient parfaits et avaient tous une levée de l'aiguille d'injection identique, la quantité d'essence injectée dans un temps At donné serait rigoureusement la meme pour tous les injecteurs. Les mesures effectuées montrent qu'en pratique les quantités injectées dans les mêmes conditions de pression et de durée d'ouverture par plusieurs injecteurs présentent une dispersion et on cherche à maintenir les écarts au-dessous de 1 %. On peut obtenir ce résultat avec une très grande précision d'usinage et de réglage de la levée de l'aiguille d'injection, mais on atteint alors des coûts de fabrication très élevés. Un des objectifs de la présente invention est de s'affranchir de ces inconvénients et de procurer des injecteurs d'essence électromagnatiques dont les écarts de débit instantané soient inférieurs à 1 %, sans avoir à recourir à des usinages ou à des réglages très précis. Cet objectif est atteint au moyen d'un injecteur électromagnétique comportant, à l'aval du siège de l'aiguille d'injection, un dispositif de con trôle du débit instantané formé par un espace annulaire d'épaisseur constante délimité par la paroi interne d'un alésage coaxial avec ledit siège et par la paroi externe d'une tige centrale, centrée dans l'axe dudit alésage avec une très grande précision. Cette tige centrale est, due préférence, fixe et indépendante de l'aiguille d'injection. Dans un mode de réalisation préférentiel, ladite tige centrale est maintenue centrée par une bague emmanchée dans l'extrémité dudit alésage opposée au siège de l'aiguille d'injection. Cette bague est percée de part en part d'au moins'un canal qui communique, à une extrémité, avec ledit espace annulaire et dont l'autre extrémité constitue un orifice d'injection de l'injecteur. Un injecteur est composé généralement d'un corps extérieur comportant un logement axial cylindrique contenant la bobine de l'électro-aimant, l'aiguille d'injection et la pièce portant le siège de celle-ci. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de contrôle du débit est logé à l'extrémité dudit logement axial située à l'aval du siège et est composé d'une pièce cylindrique, emmanchée dans ledit logement, laquelle est percée de part en part d'un alésage axial dans l'axe duquel est disposée une tige centrale cylindrique, de diamètre légèrement inférieur au diamètre dudit alésage. Cette tigeest maintenue centrée avec une très grande précision en étant emmanchée dans une bague, percée de part en part d'au moins un canal, laquelle bague est elleméme emmanchée à l'extrémité dudit alésage axial opposée audit siège. De préférence, le dispositif de contrôle du débit comporte une chambre de régularisation du débit dans laquelle débouche ledit espace annulaire et de laquelle partent les canaux d'injection qui traversent la bague de centrage. Cette chambre a pour effet d'atténuer les effets de la variation de pression dans la conduite d'admission du moteur dans laquelle débouche l'injecteur. Elle maintient une différence de pression sensiblement constante aux deux extrémités de l'espace annulaire, en amortissant les fluctuations de pression à l'aval, et régularise le débit instantané qui traverse ledit espace annulaire. On connaît déjà des injecteurs de gasoil utilisés sur les moteurs à combustion interne dans lesquels l'aiguille d'injection se prolonge, au-delà du siège, par une tige placée dans l1axe du conduit cylindrique situé à l'aval du siège. Cette tige, dont le diamètre est inférieur au diamètre dudit conduit, délimite avec celui-ci un espace annulaire de faible épaisseur. Cette tige a pour effet de répartir le gasoil sur une nappe circulaire. La présente invention constitue une application nouvelle,comme régulateur du débit d'un injecteur d'essence,d'un orifice calibré constitué par un espace annulaire. Dans les injecteurs de gasoil connus, la tige centrale est solidaire de l'aiguille d'injection et se déplace en translation avec elle. De ce fait, la très grande précision de centrage de la tige, indispensable pour un bon contrôle du débit, est très difficile à obtenir. L'application nouvelle selon l'invention d'un dispositif constitué par un espace annulaire s'accompagne d'une adaptation de ce dispositif dans laquelle, à titre preferentiel, la tige centrale. qui délimite l'espace annulaire est fixe et indépendante de l'aiguille d'injection. Le centrage de cette tige centrale est obtenu-au moyen d'une bague dans laquelle elle est emmanchée, ce qui permet un meilleur centrage et évite que la qualité du centrage ne se détériore pendant le fonctionnement du fait que toutes les pièces du dispositif de dosage sont fixes. Un autre objectif la-présente invention est d'améliorer la qualite du mélange de l'essence injectée et de l'air comburant. Cet objectif est atteint aisément, selon l'invention, en perçant la bague de centrage du dispositif de contrôle du débit de plusieurs canaux de telle sorte que l'essence pulvérisée est divisée en plusieurs jets. De préférence, ces canaux sont divergents dans le sens d'écoulement de l'essence, ce qui permet d'obtenir des jets divergents et un meilleur mélange. Dans le cas où un injecteur selon l'invention est utilisé pour de l'injection indirecte d'essence dans une conduite d'aspiration d'un moteur à explosion, le dispositif de contrôle du débit peut comporter, en outre, un dé- flecteur d'air constitué par un prolongement de la tige centrale faisant saillie à l'intérieur de la conduite d'aspiration. Ce déflecteur forme un obstacle à l'écoulement de l'air comburant et crée des turbulences qui améliorent la qualité du mélange gazeux. Dans le cas où le dispositif de dosage comporte plusieurs canaux, ceux-ci sont répartis à la périphérie du déflecteur et l'injection d'essence a lieu dans la zone où se situent les turbulences provoquées par le déflecteur. La proportionnalité entre la quantité d'essence injectée et la durée des impulsions de commande de l'injecteur dépend non seulement de la constance du débit instantané de l'injecteur mais également des temps de montée et de retombée de l'aiguille d'injection qui doivent être le plus bref possible. Sur un injecteur électromagnétique destiné à être utilisé en association avec un dispositif de commande électronique lui envoyant des impulsions de commande électriques, les durées de montée de l'aiguille d'injection doivent être nettement inférieures à la durée des impulsions, c'est-à-dire inférieures à 0,5 millisecondet qui est la durée des impulsions correspondant à un fonctionnement au ralenti. Pour réduire les durées de montée et de descente de l'aiguille d'injection, on réduit au maximum la masse de celle-ci mais on atteint des limites qui ne peuvent être dépassées. Une autre solution pour réduire le temps de montée est d'accroître les forces d'attraction magnétiques qui s'exercent sur l'aiguille d'injection en munissant celle-ci d'une tête venant s s'insérer dans le circuit magnétique et appelée masse polaire. La forme de cette masse polaire est étudiée de telle sorte qu'elle offre un maximum de volume pour le passage des lignes d'induction magnétique sous une faible masse. On connaît déjà des injecteurs électromagnétiques comportant une masse polaire de forme cylindrique, coaxiale avec l'aiguille d'injection, de diamètre supérieur à celui de l'aiguille. Les temps d'ouverture obtenus sont de tordre de la milliseconde. Un autre objectif de la présente invention est de réduire la durée de montée de l'aiguille d'injection. Cet objectif est atteint au moyen d'une masse polaire ayant la forme générale d'un cylindre de révolution autour de l'axe de l'aiguille d'injection, dont l'une au moins des deux arêtes périphériques ou les deux sont tronquées par une surface de révolution autour de l'axe de l'aiguille d'injection. tianstrimodede réalisation particulier, la troncature d'une ou des deux arêtes est constituée par un chanfrein tronconique de révolution. Dans un autre mode de réalisation, l'une des arêtes ou les deux sont tronquées par une succession de chanfreins tronconiques dont l'inclinaison sur l'axe de révolution va en croissant du centre vers l'extérieur de la masse polaire. Le résultat de l'invention est un produit nouveau constitué par un injecteur d'essence électromagnétique dont le débit est proprotionnel au temps d'ouverture et à la durée des impulsions de commande et dont le temps d'ouverture est très bref, inférieur à 0,5 milliseconde. Ces performances rendent cet injecteur particulièrement bien adapté à être utilisé en combinaison avec un dispositif électronique de contrôle de la durée d'injection. Il peut être utilisé soit pour faire de l'injection indirecte, soit de l'injection directe dans le cylindre. Les formes particulieres de la masse polaire dont les arêtes sont tronquées ont permis de réduire de 10 à 15 X la durée d'ouverture de l'aiguille d'injection et d'atteindre des temps d'ouverture inférieurs à 015 milliseconde. Par ailleurs, l'injecteur, selon l'invention, permet d'obtenir une division en plusieurs jets de ltessenee injectée sans modifier les performances de constance du débit instantané. Cette division en plusieurs jets améliore la qualité du mélange et la combustion. L'adjonction d'un déflecteur d'air, situé entre les orifices d'injection, permet d'améliorer encore la qualité de la combustion. Le dispositif de contrôle du débit instantané permet de pulvériser dans un milieu gazeux quelconque un liquide, notamment de l'essence, en quantité proportionnelle à la durée des impulsions de commande. La répartition du liquide pulvérisé dans le milieu gazeux s'effectue de façon telle qu'elle corresponde au degré d'homogénéité exigé pour assurer les conditions de fonctionnement optimales. Ce dispositif peut être monté dans tout circuit presen- tant une différence de pression. Les formes et les dimensions de l'espace annulaire assurent un dosage très précis de la quantité qui s 'écoule dans un temps donné. Ce dosage peut être continu ou intermittent selon le dispositif obturateur placé en amont sur le circuit du liquide. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un injecteur selon l'invention. La figure 1 est une ype en élévation et en demi-coupe de l'ensemble de l'injecteur. La figure 2 est une coupe horizontale selon II II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'une aiguille d'injection. Les figures 4 et 5 sont des vues en perspective de masses polaires. La figure 6 est une coupe transversale d'un dispositif de dosage du débit instantané. La figure 1 représente un injecteur électromagnétique composé, de façon connue, d'un corps extérieur cylindrique 1 renfermant un électro-aimant 2 et une aiguille d'injection 3, de révolutaion autour de l'axe xxl. Le corps extérieur est composé d'un boîtier en acier extradoux la. Il contient à la partie inférieure une collerette 4a que prolonge un tube 4. L'électro-aimant 2, placé dans le boîtier la, est formé d'une armature de bobine en matière plastique 2a, des enroulements 2b et d'un noyau central en acier doux 2c. La bobine 2b est une bobine simple à un seul enroulement,alimentée par des impulsions à faible tension, par exemple deux volts, dont la durée est déterminée par un dispositif de contrôle électronique. Le noyau central 2c porte une collerette 2d qui prend appui sur le flasque supérieur de l'armature de bobine 2a. Le corps la est serti à la partie supérieure sur la collerette 2d et à la partie inférieuresur la collerette 4a. Des joints toriques 6 et 7 assurent l'étanchéité entre les flasques de la bobine et les collerettes 2d et 4a. Le circuit magnétique est constitué par le noyau central 2c, par les collerettes 2d et 4a, et par les parois latérales du boîtier la. A l'intérieur du tube 4 est disposé un fourreau 8 qui prend appui sur un épaulement 9. L'aiguille d'injection coulisse dans le fourreau 8 qui lui sert de guide. Le fourreau 8 porte le siège 10 sur lequel porte le pointeau conique 11, placé à l'extrémité inférieure de l'aiguille, qui constitue l'obturateur. Le circuit de l'essence est représenté par des flèches. L'essence arrive par un tube non représenté, qui est raccordé sur l'extrémité 2e du noyau central 2c. Le noyau central est perce d'un alésage borgne 2f qui communique par des trous 2g avec l'espace annulaire 12. L'essence traverse ensuite des canaux 14 creusés à travers la masse polaire 13, et passe dans l'espace 15 qui est délimité par le tube 4 et par des méplats 8a, 8b du fourreau 8, visibles sur la figure 2. Par des trous 16, l'es- sence parvient au siège 10. A l'aval du siège, l'essence s'écoule dans un canal 17, traverse un dispositif de contrôle du débit instantané 18 et sort, sous forme de jets, par des orifices 19. Le disp-ositif de contrôle du débit 18 constitue l'une des parties nouvelles de linjecteur selon 1'invetion. Il est constitué d'une pièce cylindrique 18a emmanchée dans l'extré- mité du tube 4 et percée de part en part d'un alésage axial 18b. Dans l'axe de cet alésage 18b est disposée une tige centrale cylindrique -18c dont le diamètre est légèrement inférieur à celui de l'alésage 18b. Cette tige est maintenue centrée, avec une très grande précision, de l'ordre du micron, en étant emmanchée dans une bague de centrage. 18d qui'est elle-me emmanchée à l'extrémité de l'alésage 18b opposée au siège 10. La tige centrale 18c et la paroi interne de l'alésage 18b délimitent un espace annulaire 18e, de faible épaisseur constante, qui constitue un orifice calibré laissant passer un débit instantané sensiblement constant, permettant de s'affranchir d'un grand degré de précision dans la course du clapet. La bague 18d est percée de plusieurs canaux 20 se terminant par les orifices d'injection 19. Ces canaux sont de préférence divergents dans le sens d'écoulement de l'essence. La figure 6 représente, à plus grande échelle, une coupe transversale du dispositif 18 de centrale du débit instantané. On voit sur cette figure que l'extrémité de l'alésage 18b dirigée vers le siège présente un profil convergent pour faciliter l'écoulement. La figure 6 représente un dispositif de contrôle du débit placé à l'extrémité d'un injecteur disposé sur la paroi d'une conduite d'admission dans laquelle circule de l'air comburant suivant esflèches F. La tige centrale 18c comporte un prolongement 21 en saillie dans la conduite d'admission entre les orifices 19. Cette saillie peut avoir des formes diverses, par exemple la forme d'un croisillon comme le représente la figure. Elle fait fonction de déflecteur d'air et crée des zones de turbulence qui améliorent le mélange de l'air comburant et de l'essence. Une chambre d'équilibre 18f sépare I'espace annulaire 18e des canaux 18d. Cette chambre régularise l'écoulement à travers le dispositif de contrôle du débit.-Elle limite les effets des variations de pression dans la conduite d'admission du moteur. Grâce à cette chambre, la différence entre la pression P1 qui règne dans l'espace 18b, à l'amont de l'espace annulaire 18e et la pression P2 dans la chambre 18f reste sensiblement constante et les variations du débit instantané à travers l'espace annulaire 18e sont très faibles. La figure 1 représente la masse polaire 13 qui est emmanchée sur l'extrémité de l'aiguille d'injection 3. L'aiguille 3 vient en butée contre l'extrémité 22 dunoyau central 2c lorsqu'elle est attirée par l'attraction magnétique de l'électro-aimant. Un ressort antagoniste 23 repousse l'aiguille sur son siège lorsque l'électro-aimant ntestplus excité. On voit sur la figure 1 que la masse polaire s'intercale dans le circuit magnétique, et les lignes de force de l'induction magnétique provenant du noyau central traversent la masse polaire pour rejoindre la collerette 4a qui fait partie du circuit magnétique. L'espace 24 qui sépare la masse polaire de l'extrémité du noyau central, lorsque l'aiguille d'injection repose sur son siège, constitue un entrefer variable, qui ne s'annule pas lorsque l'aiguille est en butée. La butée 22 et l'aiguille 3 sont en matériaux durs. La masse polaire a la forme d'un volume de révolution autour de l'axe xx'. La figure 1 représente une masse polaire de forme générale cylindrique dont les deux arêtes périphériques ont été tronquées chacune par un chanfrein tronconique de révolution autour de xx'. La figure 3 représente une autre forme de réalisation d'une aiguille d'injection 3 terminée par un pointeau 11 sur laquelle est emmanchée une masse polaire 26 percée de quatre canaux 14. Dans cet exemple, la masse polaire est formée d'un cylindre 26, de révolution autour de xx', dont l'arête périphérique supérieure a été abattue par un chanfrein tronconique 26a. La figure 4 représente un autre exemple dans lequel la masse polaire a la forme générale d'un cylindre 27 de révolution autour de xx', dont les deux arêtes périphériques sont tronquées chacune par deux chanfreins tronconiques successifs 27a et 27b dont l'inclinaison sur l'axe xx' va en croissant du centre vers l'extérieur de la masse polaire, les génératrices du chanfrein 27b formant avec l'axe xx' un angle supérieur à l'angle formé par cet axe avec les generatrices du chanfrein 27a. On peut multiplier le nombre de chanfreins successifs jusqu'à tendre vers une surface continue de révolution, autour de xx'. La figure 5 représente un autre exemple de réalisation dans lequel la masse polaire a la forme générale d'un cylindre de révolution autour de xx' dont la face latérale est constitube par une surface de révolution autour de xx'. Toutes ces formes de réalisation de masses polaires dérivent d'une forme générale de cylindre de révolution autour de xx' dont l'une des deux arêtes périphériques ou les deux ont été tronquées par une surface de révolution autour de xx'. L'expérience a montré que la troncature des arêtes entraîne une diminution de la durée- d'ouverture de l'aiguille d'injection de l'ordre de 10 a 15 x par rapport à la durée d'ouverture d'une masse polaire cylindrique non tronquée. Ces troncatures entraînent une concentration des lignes de force de l'induction magnétique et accroissent la force d'attraction qui s'exerce sur la masse polaire. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art aux exem plues qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1 - Produit nouveau constitué par un injecteur d'essence électromagnétique composé d'une part d'un électro-aimant et d'autre part d'une aiguille d'in jection terminée par un pointeau portant sur un siège, caractérisé en ce qu'ii comporte, à l'aval dudit siège, un dispositif de contrôle du débit instantané, formé par un espace annulaire de faible épaisseur constante délimité par la paroi interne d'un alésage coaxial avec ledit siège et par la paroi externe d'une tige centrale, centrée dans l'axe dudit alésage avec une très grande précision. 2 - Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige cen trale est fixe et indépendante de l'aiguille d'injection. 3 - Injecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige cen trale est maintenue centrée par une bague emmanchée dans l'extrémité dudit alésage opposée audit siège, laquelle bague de centrage est percée de part en part d'au moins un canal d'injection qui communique à une extrémité avec ledit espace annulaire et dont l'autre extrémité constitue un orifice d'in jection de l'injecteur. 4 - Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite bague de centrage est percée de plusieurs canaux d'injection. 5 - Injecteur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits canaux sont divergents dans le sens d'écoulement de l'essen- ce. 6 - Injecteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, composé d'un corps extérieur comportant un logement axial cylindrique contenant la bobi ne de l'Electro-aimant, l'aiguille d'injection et la pièce portant le siè ge, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle du débit, logé à l'extrémité dudit logement située à l'aval du siège, lequel dispo sitif est composé d'une pièce cylindrique, emmanchée dans ledit logement et percée de part en part d'un alésage axial dans l'axe duquel est dispo see une tige centrale cylindrique, de diamètre légèrement inférieur au dia mètre dudit alésage, laquelle tige est maintenue centrée avec une très grande précision en étant emmanchée dans une bague de centrage percée de part en part d'au moins un canal, laquelle bague de centrage est elle-même emmanchée à l'extrémité dudit alésage axial opposée audit siège. 7 - Injecteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle du débit instantané comporte une cham bre de régularisation dans laquelle débouche ledit espace annulaire et de laquelle partent lesdits canaux d'injection. 8 - Injecteur selon l'une quelconque des -revendications 4 à 7, destiné à ltinjection indirecte d'essence dans une conduite d'aspiration, caractéri sé en ce que ledit dispositif de contrôle du débit comporte, en outre, un déflecteur d'air constitué par un proiongement de ladite tige centralefai sant saillie à l'intérieur de ladite conduite d'aspiration, entre les ori fices d'injection. 9 - Injecteur d'essence électromagnétique selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 8 dont l'aiguille d'injection est munie d'une masse polaire, caractérisé en ce que ladite masse polaire a la forme générale d'un cylin dre de révolution autour de l'axe de l'aiguille d'injection dont l'une au moins des deux arêtes périphériques est tronquée par une surface de révo lution autour dudit axe de l'aiguille d'injection. 10- Injecteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux arêtes périphériques de ladite masse polaire sont tronquées. 11- Injecteur selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'une au moins desdites arêtes est tronquée par au moins un chanfrein tronconique de révolution. 12- Injecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que lrune au moins desdites arêtes est tronquée par une succession de chanfreins tronconiques dont l'inclinaison sur l'axe de évolution va en croissant du centre vers l'extérieur de la masse polaire.