Brevet FR2466630A1 — publié le 19810410

Injecteur d actionnement électromagnétique pour moteurs à combustion interne. La présente invention concerne une soupape d'injection ou injecteur à actionnement électromagnétique destiné à être utilisé notamment dans une installation électronique d'alimentation de moteurs à combustion interne. L'invention vise plus spécialement un injecteur qui détermine le débit intermittent du carburant dans un moteur, pour en assurer le fonctionnement correct en toutes conditions d'emploi. Les injecteurs de ce genre sont bien connus et les inconvénients que présente leur réalisation actuelle sont essentiellement les suivants : on n'obtient pas une bonne proportionnalité entre la fréquence d'excitation du circuit électromagnétique et le débit du combustible de la soupape; il se présente des difficultés dans la construction des éléments qui, de plus, sont motteux, ces éléments exigeant des tolérances d'usinage très étroites; il se présente également des difficultés et l'inconvénient d'un prix élevé en ce qui concerne le montage des pièces essentielles et leur montage sur le moteur en raison de leurs dimensions. L'invention remédie à ces inconvénients du fait qu'elle élimine les deux éléments destinés à assurer la fin de course d'ouverture de la soupape, éléments se retrouvant tous deux dans les injecteurs fabriqués actuellement. Le premier de ces éléments, schématiquement un anneau solidaire du corps de l'injecteur, est traversé par le gicleur, tandis que le second, qui est un élément d'élargissement en forme de disque rapporté sur le gicleur, a un diamètre supérieur à celui de l'ouverture de cet anneau. Le contact entre ces deux pièces définit la fin de course d'ouverture; par contre, la fin de course de fermeture est définie par le contact entre une surface tronconique, située dans le gicleur et l'ouverture de l'injecteur, comme réalisé également dans les injecteurs selon l'invention. L'emploi d'une matière métallique, en général de grande dureté afin d'assurer à l'injecteur une grande durée d'utilisation, est nécessaire pour éviter tout contact direct entre le fer mobile et le noyau magnétique. Cela entrain donc une augmentation des masses en déplacement alternatif et, par suite, une augmentation des temps de réponse de ces masses aux efforts alternés qui les sollici tent. Cela a pour résultat d'empocher la proportionnalité entre la fréquence d'excitation et le débit du carburant injecté en raison de perturbations que l'on exposera plus loin. Dans le dispositif selon l'invention, les masses en mouvement alternatif ne supportent pas des éléments fonctionnels du genre indiqué ci-dessus et peuvent donc autre plus petites et permettre la réduction des retards de réponse. Cèla permet, en outre, d'avoir des injecteurs de dimensions plus petites, chose particulièrement importante dans les installations d'alimentation particulières. De plus, on obtient des simplifications de construction qui diminuent les additions de tolérances et limitent par suite les prix de fabrication. L'invention a donc pour objet un injecteur à commande électromagnétique pour moteurs à combustion interne comprenant un noyau magnétique logé à l'intérieur de cet injecteur et sur lequel se trouve un bobinage électrique relié à une source d'impulsions électriques, un fer mobile coaxial aux bobinage et noyau et une soupape à gicleur, solidaire de ce fer mobile, qui traverse un trou pratiqué dans le corps de l'injecteur et qui comporte des moyens servant à refermer ce trou, caractérisé en ce que l'entrefer entre l'équipage mDbile, constitué par le fer mobile et par ladite-soupape et le corps, est réalisé avec des éléments rapportés en matières diamagnétiques, d'épaisseur réglée et qui résistent à l'usure, permettant d'obtenir, en plus du centrage de l'équipage mobile par rapport à l'axe de symétrie de l'injecteur, la fin de course d'ouverture, en réduisant ainsi le plus possible les effets du magnétisme résiduel sur l'équipage mobile. D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme préférée de réalisation. Sur ces dessins - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un injecteur selon l'invention; - les figures 2 et 3 sont des coupes analogues à la figure 1 d'éléments de cet injecteur; et - la figure 4 est une coupe faite suivant le plan A-B de la figure 1. Les parties essentielles de l'injecteur selon l'invention (figure 1) sont : le corps 1; le bobinage 2 contenu dans ce corps et maintenu par un support 3; le noyau 4; le fer mobile 5 solidaire du gicleur 6 dont une partie traverse un alésage de la bague (ou manchon) 7; le ressort 8 qui rappelle vers cette bague 7 le fer mobile 5 et le gicleur 6. Le corps 1 est subdivisé en deux parties coaxiales 11 et 12 de forme cylindrique en fer doux magnétique, ces deux pièces étant creuses et contiguës l'une à l'autre. Le diamètre de la partie 11 est supérieur à celui de la partie 12. La partie 11 contient le bobinage 2 qui est alimenté en courant électrique par deux conducteurs 9 reliés à l'installation électronique (non représentée). Ce bobinage 2 est maintenu par un support diélectrique 3 et entoure le noyau 4 également en fer doux, ce noyau étant creux et coaxial au corps 1 et au bobinage 2. Le noyau 4 présente, dans sa partie de droite, un élargissement 42 qùi reçoit le support 3, en coopérant avec l'épaulement 15 du corps 1 pour rendre solidaires, les uns des autres, le bobinage 2, le support 3, le noyau 4 et le corps 1. Le noyau 4 comporte un passage intérieur cylindrique coaxial au corps de l'injecteur 1 et contenant un petit tube 20. Ce noyau 4 se continue en dehors du corps 1, en prenant la forme d'un tube 43 relié à l'installation d'alimentation en carburant (non représentée). Ce petit tube 20 communique, d'une part, avec la conduite d'alimentation en carburant, par l'intermédiaire du filtre F et, d'autre part, arrête le ressort 8, dont l'autre extrémité s'appuie sur le fer mobile 5. Une saillie 44 empeche les déplacements longitudinaux du tube 20 et est formée après montage de l'injecteur. La pénétration de ce tube 20 dans la cavité centrale de l'injecteur est fonction de la charge du ressort 8, déterminée pour assurer l'étanchéité de la soupape lorsque le bobinage 2 n'est pas excité. Le support 3 est constitué en matière diélectrique, perméable du point de vue magnétique, et est en forme de petit cylindre évidé, pour pouvoir contenir le bobinage 2 isolé électriquement du corps de manière connue.Deux trous 10, pratiqués dans l'épaulement de droite de ce support 3, permettent aux conducteurs 9 de le traverser pour amener le courant électrique au bobinage 2. Les composants électriques sont tous -isolés de façon connue. La seconde partie du corps 1 présente une cavité interne 14 également cylindrique, dont l'axe de symétrie est confondu avec celui de tout l'ensemble du corps. Cette cavité constitue le logement du fer mobile 5 qui peut coulisser longitudinalement dans un sens et dans l'autre. L'extrémité de gauche de la partie cylindrique 12 contient une bague, ou manchon, 7 traversée, dans sa partie centrale, par un alésage 16 coaxial à tout l'ensemble du corps 1. Le fer mobile 5 est en fer doux magnétique et est logé l'intérieur de la cavité 14. Sa surface extérieure a la forme d'un prisme, comme on peut le voir d'après la figure 4, qui est une coupe suivant le plan A-B de l'injecteur de la figure 1. Cette coupe présente un contour polygonal comportant, dans l'exemple représenté, douze cotés dont six sont constitués par des arcs de cercle, raccordés deux à deux par des segments de droite. De la sorte, entre la surface extérieure du fer mobile 5 et la surface intérieure de la cavité 14, il y a six petits canaux G1, G2 > C3 > C4, C5 et C6 qui relient la cavité 19 d'amont à la cavité 21 d'aval du fer mobile 5; dans ces six petits canaux, le liquide peut s'écouler sans subir aucun effet de pompage lorsque l'injecteur est en marche. Bien entendu, la forme de la surface latérale du fer mobile 5 peut être différente de celle représentée, mais doit, dans tous les cas, assurer les mêmes effets de suppression du pompage et comporter des éléments de surface cylindrique pour assurer le contact avec la surface de la cavité 14. De la sorte, on évite le contact entre les deux surfaces par des arêtes vives et l'on diminue les charges spécifiques résultant du frottement entre les deux corps, au cours du déplacement alternatif du fer mobile 5, ce qui diminue l'usure. Le fer mobile 5 présente un passage cylindrique 51 dans lequel est logé le gicleur 6; à droite de ce passage, se trouve un alésage 52; à gauche, se trouve un élargissement 53, de forme tronconique, qui permet au carburant de sortir plus facilement du gicleur 6. La surface extérieure du fer mobile 5 est recouverte par un élément rapporté en matière diamagnétique, d'épaisseur réglée, qui assure l'entrefer nécessaire pour réduire le plus possible les effets du magnétisme résiduel sur le fer mobile et qui possède une dureté élevée, permettant de diminuer le frottement résultant du déplacement de l'élément 5 dans le passage 14. Une pièce rapportée en matière diamagnétique d'épaisseur réglée est prévue également sur la surface avant 41 du noyau 4. Cette pièce rapportée forme une couche résistante à l'usure et permet à cette surface de constituer un bon élément de fin de course pour les déplacements d'ouverture du fer mobile 5; cette pièce rapportée a également pour effet d'empêcher que l'élément 5, arrivé au contact de la surface 41 du noyau, n'y demeure fixé par attraction, en raison de l'inévitable magnétisme résiduel en dehors de l'excitation du bobinage 2.On obtient ainsi deux résultats : il se forme un fond de course d'ouverture sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des éléments à ceux qui assurent le déplacement alternatif du fer mobile 5; on entretient un entrefer d'épaisseur égale à celle de la pièce rapportée indiquée plus haut entre le fer mobile 5 et le noyau 4, dont le rôle, dans les injecteurs classiques, est assuré pat une couche de carburant dont les dimensions dépendent de la tolérance d'usinage des éléments intéressés. En conséquence du premier-de ces résultats, la masse de l'équipage mobile peut être diminuée, 'a limite inférieure n'étant plus liée à la présence d'éléments ajoutés; quant au second résultat, il a pour conséquence une diminution du nombre des tolérances et, par suite, fait baisser les prix de fabrication. Le gicleur 6, représenté sur la figure 2, est un corps cylindrique en acier de forte dureté superficielle, destiné etre logé dans la cavité 51 du fer mobile 5. En outre, ce gicleur présente deux surfaces tronconiques 62 et 63, dont la première a une conicité supérieure à celle de la seconde, ces deux surfaces se raccordant l'une à l'autre par un cercle et raccordant le cylindre 61 à un cylindre 64 destiné à pénétrer dans l'alésage 16 de la bague, ou manchon, 7. Ce gicleur 6 se termine en forme de solide de révolution 65 qui présente une concavité centrale. Dans la partie 61 du gicleur 6 est ménagé un trou 66 qui lui est coaxial et, par suite, à tout l'ensemble de l'injecteur, ce trou faisant communiquer l'alésage 52 avec l'espace tronconique 53 du fer mobile 51, par l'intermédiaire du passage diamétral 67. On introduit la partie cylindrique 61 du gicleur 6 au cours du montage dans la cavité 51 du fer mobile 5 et, afin que ces deux corps soient bien solidaires l'un de l'autre, on intercale avant le montage un élément adhésif capable de résister aux températures élevées du collecteur d'aspiration et pouvant résister également à l'action diluante du carburant. La bague, ou manchon, est également en acier de grande dureté superficielle et comporte un alésage 16 coaxial à l'axe de symétrie de l'injecteur, cet alésage étant raccordé à un alésage tronconique 17 évasé en direction de l'espace vide 21 à l'intérieur de l'injecteur. Cet alésage tronconique 17 coopére avec le gicleur 6 pour fermer de façon hermétique le passage entre la chambre 21 et l'extérieur de l'injecteur; lorsque le cercle des deux surfaces 62 et 63 est appuyé sur la surface 17 sous le rappel du ressort 8, le passage est hermétiquement fermé. Au cours du fonctionnement du dispositif, le carburant qui provient de la conduite d'alimentation (non représentée) traverse le filtre F, passe dans le tube 20, pénètre dans la capté 18 dans laquelle se trouve le ressort 8, puis dans l'espace vide 19 et, de là > pénètre dans l'espace vide 21, en passant partiellement par les petits canaux C1 à C6 et, partiellement, par les alésages 66 et 67. Afin d'empêcher le carburant de pénétrer dans le bobinage 2 ou de sortir de l'injecteur par des fentes non réglables, il est prévu des éléments d'étanchéité Al et A2. Lorsque le moteur est en marche, le bobinage 2 reçoit des impulsions électriques de l'installation (non représentée) par l'intermédiaire des conducteurs 9. La fréquence des impulsions dépend des conditions de fonctionnement du moteur et est le résultat des opérations d'un petit ordinateur électronique sur les paramètres du moteur. Chaque fois que le bobinage 2 reçoit une impulsion électrique, il se forme un champ magnétique, dont les forces repoussent vers l'intérieur du noyau 4 le fer mobile 5 à l'encontre du rappel par le ressort 8. Ce fer mobile se déplace rapidement et s'arrête contre la couche de matière diamagnétique 41 appliquée sur la surface avant du noyau 4. De la sorte, la surface, constituée par deux troncs de cône 62 et 63, du gicleur 6 s'éloigne de l'ouverture 17 de la bague 7; la tige cylindrique 64 demeure donc à l'intérieur de l'ouverture 16. On obtient de la sorte un passage annulaire traversé par le carburant et qui relie la chambre 21 à l'extérieur de l'injecteur. La.forme géométrique de ce passage ainsi que la présénce de la tige 65 de forme caractéristique favorisent la pulvérisation du carburant qui sort de l'injecteur sous l'effet de la pression interne. Lorsqu'il ne passe pas de courant dans le bobinage 2, le champ magnétique correspondant tend à s'annuler et, par conséquent, les forces magnétiques agissant sur le fer mobile 5 ont également tendance à s'annuler. En raison de la présence de l'entrefer 41, on peut considérer que l'annulation de ces forces magnétiques est presque instantanée ou, d'une façon générale, que leur valeur devient instantanément dans l'impossibilité de s'opposer à l'action du ressort 8 poussant le fer mobile du c8té opposé à celui qui est dO aux forces du champ magnétique. Le rappel exercé par le ressort 8 sur le fer mobile 5 continue jusqu'à ce que le cercle d'intersection des deux cônes 62 et 63 du gicleur 6 cesse de prendre appui sur la surface tronconique 17 de la bague 7. En raison du rappel du ressort et de l'usinage précis des surfaces 62, 63 et 17, le carburant, mEme sous pression, ne franchit pas l'ouverture d'écoulement. De la sorte, le carburant cesse de passer jusqu'à ce que le bobinage 2 soit de nouveau excité. Ces ouvertures et ces fermetures alternées du passage annulaire compris entre le trou 16 et la tige cylindrique 64, dont la fréquence est fonction des conditions de marche du moteur, déterminent le débit du carburant injecté dans la conduite d'aspiration. I1 est important de noter que le débit de carburant pendant le temps où le fer mobile 5 se trouve au contact de la tige 41 en matière diamagnétique, durée que l'on appellera "durée de stationnement", dépend de la chute de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'injecteur et des dimensions du passage annulaire. La quantité de carburant injectée pendant cette durée de stationnement peut, en première approximation, être considérée comme proportionnelle à cette durée de stationnement.Par contre, pendant les durées très faibles où le passage annulaire s'ouvre ou se ferme, c' est-à-dire pendant les faibles durées au cours desquelles se produit le déplacement d'ouverture sous l'action du ressort 8, le débit en carburant varie d'une manière telle que l'on ne peut pas l'exprimer de façon mathématique en des termes simples. I1 est indispensable que ces très fables durées, qui représentent les temps de réponse du système mobile aux sollicitations magnétiques, d'une part, et élastiques, d'autre part, soient les plus brèves possible de manière à minimiser l'écart entre la fonction réelle du débit de l'injecteur et la proportionnalité par rapport à la fréquence d'excitation. Pour rendre ces durées les plus faibles possible, il faut que la masse mobile soit rendue extremement faible du fait que ce n'est que dans cette condition que les accélérations auxquelles cette masse est soumise sont très grandes pour une meme force appliquée.En effet, l'accélération d'un corps est directement proportionnelle à la force appliqfieetinversement proportionnelle à la masse et, de plus, le temps que met un corps à parcourir une distance donnée est d'autant plus court que son accélération est plus grande. Dans le cas présent, la durée de réponse aux sollicitations magnétiques et élastiques, c'est- -dire la durée de parcours de la course du fer mobile 5, est très faible, car les accélérations deviennent -très élevées lorsque les forces sont appliquées à des masses qui sont très faibles en raison de la suppression des éléments matériels qui, dans les injecteurs classiques,coopèrent à la détermination du fond dé course d'ouverture. On a pu constater expérimentalement que, pour des fréquences d'excitation électriques concernant le domaine des moteurs, la linéarité entre les cycles de fonctionnement de l'injecteur par unité de temps, c'est-à-dire entre la fréquence des déplacements d'ouverture et de fermeture du fer mobile, demeure entre des limites très satisfaisantes. Cela veut dire que la diminution des masses en dé la cement a provoqué une diminution des faibles temps d'ouverture et de fermeture et, par suite, étant donné que ces très faibles durées constituent une cause de perturbation de la linéarité du débit, l'a emporté sur l'effet de la durée de stationnement. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'å titre explicatif et nullement limitatif et que l'on pourra y apporter des modifications de détail sans sortir de son cadre. En particulier, la face de droite du fer mobile 5 peut également recevoir une matière diamagnétique, pourvu que le. contact entre cet élément et le noyau 4 soit assuré par l'intermédiaire d'une matière du type indiqué ci-dessus. On notera que l'augmentation de la masse due à une telle couche de matière est négligeable par rapport à l'ensemble de la masse. REVENDICATIONS 1. Injecteur à fonctionnement électromagnétique pour moteurs à combustion interne comprenant un noyau magnétique, sur lequel se trouve un bobinage électrique relié à une source d'impulsions électriques, un fer mobile coaxial aux bobinage et noyau,et une soupape à gicleur solidaire de ce fer mobile, qui traverse un trou pratiqué dans le corps de l'injecteur et qui comporte des moyens servant à refermer ce trou, caractérisé en ce que l'entrefer entre l'équipage mobile, constitué par le fer mobile et par ladite soupape et le corps, est réalisé avec des éléments rapportés en matières diamagnétiques, d'épaisseur réglée et qui résistent à l'usu re, permettant d'obtenir, en plus du centrage de l'équipage mobile par rapport à l'axe de symétrie de l'injecteur, la fin de course d'ouverture, en réduisant ainsi le plus possible les effets du magnétisme résiduel sur l'équipage mobile. 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface latérale du fer mobile est constituée par un prisme dont le polygone générateur comprend des arcs de cercle raccordés de deux en deux par des segments de droite et en ce qu'il est disposé dans un passage cylindrique ménagé dans le corps d'injecteur. 3. Injecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface latérale du fer mobile est recouverte d'une pièce rapportée en matière diamagnétique. 4. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface du fer mobile, voisine du noyau, est recouverte d'une matière diamagnétique. 5. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface avant du noyau,voisine du fer mobile, est recouverte d'une matière diamagnétique. 6. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fer mobile comporte un passage interne destiné à recevoir une extrémité du gicleur, entre les deux corps étant intercalé un élément adhésif capable de supporter les températures qui peuvent se présenter dans le collecteur d'aspiration et de résister à l'action diluante du carburant, pour les solidariser. 7. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fer mobile présente un élargissement qui permet au carburant de sortir plus facilement du gicleur.