Brevet FR2463294A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un électro-injecteur pour l'injection intermittente de quantités de carburant à basse pression dans un moteur à combustion interne à cse Otto. L'invention a pour objet des perfectionnements du circuit magnétique et du circuit hydraulique de l'électro-injecteur, perfectionnements qui permettent de réduire la durée des états transitoires, et en par- ticulier de minimiser les temps de fermeture de son organe d'obturation. On connatt des électro-injecteurs constitués par une enveloppe ou jupe extérieure, par un organe d'obtu- ration en forme de capuchon guidé à l'intérieur et capable de se soulever et de s'abaisser pour ouvrir et fermer l'orifice de la buse d'injection du combustible, ainsi que par une bobine d'actionnement du capuchon, laquelle bobine étant enroulée partiellement autour de son propre noyau et partiellement autour dudit capuchon. La jupe, le noyau de la bobine et le capuchon qui constitue son armature forment, conjointement avec l'entrefer variable correspondant à la course du capuchon et avec l'entrefer d'épaisseur fixe interposé entre le capuchon et la jupe, le circuit magnétique de l'électro-injecteur. Le combustible sous pression est acheminé vers la buse d'injection à travers un conduit qui passe à, l'intérieur du noyau de la bobine. De tels électro-injecteurs, s'ils sont utilisés pot l'injection intermittente de quantités de carburant, sont commandés de façon à ouvrir de manière cyclique leur organe d'obturation pendant la phase d'aspiration des cylindres correspondants, et ce pendant un laps de temps d'une durée variable en fonction de la quantité de carburant qui doit être injectée à chaque cycle. Par conséquent, le dosage de cette quantité de carburant sera d'autant plus précis que le temps d'ouverture effective de l'organe d'obturation coincidera avec la durée du signal qui parvient à la bobine, c'est-à-dire d'autant plus précis que les délais d'ouverture et de fermeture, qui représentent des retards de réponse par rapport à la commande, seront courts et stables. La durée des états transitoires est avant tout influencée par les dimensions et le poids de l'organe d'obturation, par les frottements éventuels subis par ce même organe d'obturation dans ses courses d'ouverture et de fermeture, ainsi que par la capacité de la bobine à s'exciter et à se désexciter plus ou moins rapidement lorsque le signal de commande s'établit ou s'interrompt. D'autres facteurs déterminants sont constitués par la conformation du circuit magnétique que traverse le flux d'induction magnétique engendré par la bobine et par la conformation du circuit hydraulique parcouru par le carburant à l'intérieur de l'électro-injecteur. En premier lieu, le circuit magnétique devra avoir une faible réluctance et des dispersions minimes du flux d'induction magnétkpe, tandis que le circuit hydraulique ne devra provoquer ni pertes de charge dans le flux du carburant qui le traverse, ni contre-pressions dans le carburant qui est sous pression sur l'organe obturateur. Au cours de diverses recherches, on a constaté qu'en plus de ces facteurs d'autres paramètres avaient une influence sur-le fonctionnement des électro-injecteurs du type qui vient d'être décrit. En particulier, en ce qui concerne le circuit magnétique, un paramètre d'importance considérable est conditué par les dimensions relatives des entrefers, c'est-à-dire l'entrefer variable interposé entre le noyau de la bobine et le capuchon qui en constitue l'armature et l'entrefer fixe interposé entre ce même capuchon et la jape extérieure de l'électro- injecteur. L'épaisseur maximale de l'entrefer variable dépend de la course que doit effectuer le capuchon afin qu'avec une épaisseur prédéterminée de son fond il ne se produise aucune perte de charge en amont de la buse d'injection. )5 Avec un-entrefer variable ainsi dimensionné, on observe expérimentaement que le délai d'ouverture du capuchon s'accroit au fur et à mesure de l'augmentation de l'épaisseur de l'entrefer fixe et par conséquent de sa réluctance, à égalité de surface de cet entrefer fixe, tandis que le délai de fermeture du capuchon diminue au fur et à mesure que l'épaisseur et la réluctance de ce mtme entrefer fixe augmentent. On a ainsi observé que la valeur de la réluctance de l'entrefer fixe qui réduit au minimum la somme des délais d'ouverture et de fermeture est sensi- blement égale à la réluctance de l'entrefer variable correspondant au maximum de la course du capuchon. Il est ainsi possible de soulever le capuchon jusqu'à ce qu'il aille en butée contre le noyau, tout en évitant l'emploi de diaphragmes en matériau non ferromagnétique, car l'effet de collage magnétique entre ces deux éléments s'avère sensiblement réduit. Toujours dans le but d'améliorer le circuit magnétique de l'électroinjecteur, on a également utilisé pour la bobine un noyau doté de fentes longitudinales ou de rangs longitudinaux de trous radiaux qui ont pour fonction de réduire au minimum l'effet des courants parasitaires dépendant de la variation du flux d'induction magnétique, en réduisant par conséquent leurs effets sur le comportement de l'électro-injecteur dans les phases transitoires. Les recherches ont d'autre part permis de constater qu'en ce qui concerne le circuit hydraulique de l'électro- injecteur il est avantageux de prévoir des lumières de passage du carburant dans sa douille de guidage intérieure, à proximité de l'entrefer variable apparaissant entre le capuchon-et le noyau de la bobine, de manière à faciliter l'entrée du carburant à l'intérieur dudit entrefer et à éviter tout collage hydraulique par effet de ventouse entre le capuchon et le noyau. Cet agencement a pour conséquence d'accélérer le mouv emertde descente du capuchon et d'éviter les erreurs de dosage que l'on risquerait d'observer avec des temps de fermeture insuffi- samment rapides. Il a enfin été constaté que l'on pouvait améliorer les délais d'ouverture et de fermeture en ménageant dans le capuchon quelques lumières d'épanchement du carburant se trouvant à son intérieur et risquant de subir de brusques variations de pression positives et négatives à cause de l'effet de pompage d au soulèvement et à l'abaissement cycliques du.capuchon. L'électro-injecteur selon l'invention est constitué par une jupe extérieure, un conduit d'alimentation du carburant sous pression, au moins une buse d'injection, un organe d'obturation de cette m8me buse et une bobine d'actionnement dotée d'un noyau en forme de cylindre creux en matériau ferromagnétique; ladite bobine est apte à commander de manière cyclique l'ouverture dudit organe d'obturation sous l'effet-de signaux de commande appropriés, ledit conduit d'alimentation du carburant sous pression étant disposé à l'intérieur dudit noyau; ledit organe d'obturation, qui constitue l'armature de la bobine, a la forme d'un capuchon dont la paroi latérale est en matériau ferromagnétique et le fond en matériau approprié pour assurer la fermeture étanche de la buse d'injection; à l'intérieur dudit capuchon sont prévus des moyens élas- tiques capables de maintenir ledit ford en contact avec l'orifice de ladite buse d'injection; ledit capuchon est supporté de manière coulissante par une douille de guidage emmanchée à l'intérieur dudit noyau; ladite bobine est enroulée autour d'un mandrin à l'intérieur duquel sont partiellement introduits, alignés dans le sens axial, ledit noyau-de la bobine et ledit capuchon; entre le noyau et le capuchon est prévu un premier entrefer annulaire qui correspond à la course du capuchon et qui est par conséquent variable; entre la paroi latérale du capuchon et la jupe extérieure est prévu un second entrefer annulaire d'épaisseur fixe. L'électro-injecteur est en outre, selon l'invention, caractérisé par le fait que le premier entrefer et le second entrefer précités ont une réluctance de valeur sensiblement égale lorsque le premier entrefer correspond au maximum de la course dudit capuchon. L'électro-injecteur selon l'invention est également caractérisé par le fait que le noyau de la bobine est doté de rangs longitudinaux de trous radiaux, ou de fentes longitudinales. - 2463294 L'électro-injecteur selon l'invention est d'autre part caractérisé par le fait que la douille de guidage de l'organe d'obturation comporte des trous radiaux disposés à proximité dudit premier entrefer annulaire. L'électro-injecteur selon l'invention est enfin caractérisé par le fait que la paroi latérale dudit capuchon est dotée de lumières d'épanchement du carbrant Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférée, donnée ici à titre d'exemple nullement limitatif en regard des dessins annexés. La figure 1 représente une vue en coupe suivant un plan longitudinal d'un injecteur selon l'invention. La figure 2 montre une variante d'un composant de l'injecteur de la ftgure 1. Conformément aux figures, l'électro-injecteur selon l'invention est désigné dans son ensemble par la référence et comporte une jupe cylindrique 11 que l'on fixe au moyen d'une bride 12 sur la culasse du moteur, en correspondance avec le conduit d'aqiration d'un cylindre (cela est connu et n'a pas été représenté). La jupe 11 est fermée supérieurement par une paroi annulaire 13 fixée dans un logement 14 par rivetage du bord de la jupe. pans l'ouverture de la paroi annulaire 13 est inséré un corps cylindrique creux 15 qui constitue le noyau de la bobine d'actionnement de l'électro-injecteur, désignée dans son ensemble - - - par la référence 16, ledit noyau étant réalisé en un matériau ferromagnétique. Sur le bord supérieur de la jupe 11 est emmanché un couvercle 17 en matériau isolant, lequel comporte un raccord 18 à l'intérieur duquel fait saillie une lamelle de contact 19 pour l'alimentation en courant électrique de la bobine 16, ladite lamelle de contact 19 étant insérée dans un conduit 20 pratiqué dans le couvercle 17. Ce dernier est également pourvu d'un raccord 21 qui est emmanché sur le noyau 15 et est relié à un manchon 22 d'alimentation de l'électro-injecteur en essence sous pression, lequel est à son tour emmanché sur le noyau 15. A l'intérieur du noyau 15 est vissée une douille 23 sur la paroi du fond de laquelle est ménagée une lumière calibrée 24 pour-le dosage du carburant qui parvient à l'électro-injecteur. La douille 23 est d'autre part dotée d'une goupille 25 dans le but d'éviter qu'elle quitte son logement en présence de vibrations. A l'intérieur du noyau 15 est également inséré un tube 26 comportant à sa partie supérieure un canal 27 de distribution du carburant et des trous radiaux 28 acheminant ce carburant vers le noyau 15. Le tube 26 comporte d'autre part à sa partie inférieure un petit canal axial 29 acheminant le carburant à l'intérieur d'un capuchon 37 qui, comme cela sera mieux expliqué par la suite, constitue l'organe d'obturation de l'électro- injecteur. La bobine 16 comporte un enroulement 30 supporté par un mandrin 31 qui est inséré entre le corps 15, lequel constitue son noyau, et la jupe 11. La référence 32 désigne une bagued'étanchéité interposée entre le mandrin 31 et le noyau 15, tandis que la référence 33 désigne une autre bague d'étanchéité interposée entre le mandrin 31 et une expansion annulaire intérieure 34 de la jupe-11. Sur la paroi du noyau 15, dans la zone contiguë - au mandrin 31 de la bobine, ont été pratiqués des rangs longitudinaux de trous radiaux 35, lesquels ont pour fonction de couper les courants parasitaires associés au flux d'induction magnétique qui intéresse le noyau, tout en permettant le passage du carburant pour le refroidissement de la bobine. A l'intérieur du noyau 15, dans sa partie inférieure, est emmanchée une douille 36 pour le centrage et le guidage à coulissement du capuchon désigné dans son ensemble par la référence 37. Par ailleurs, la douille de guidage 36 comporte des trous radiaux 38 permettant l'écoulement du carburant vers l'extériar. Le capuchon 37 est constitué par une paroi latérale 39 en matériau perméable au flux d'induction magnétique et par un fond 40 en matériau approprié pour assurer l'étanchéité hydraulique, par exemple en Delrin. 7 57 Sur la paroi latérale 39 du capuchon/ont été pratiqués des trous 41 qui permettent l'écoulement du carburant vers l'extérieur. La référence 42 désigne un ressort de rappel interposé entre le fond 40 du capuchon 37 et le fond du tube 26, ces fonds comportant des saillies respectives 43 et 44 qui permettent le centrage ddit ressort. La référence 45 désigne l'entrefer variable existant entre le capuchon 37 et le noyau 15. L'épaisseur maximale de cet entrefer conespond au maximum de la course du capuchon. La référence 46 désigne l'entrefer d'épaisseur fixe existant entre le capuchon 37 et l'ex- pansion annulaire 34 de la jupe 11. La référence 47 désigne une pastille qui est insérée dans la portion inférieure de diamètre réduit de la. jupe 11 et est maintenue en position par rivetage du bord de la jupe. La paroi de la pastille 47 comporte une buse d'injection 48 ainsi qu'une saillie annulaire 49 destinée à assurer le maintien du fond 40 du capuchon 37 sur la buse. Dans la pastille 47 a été d'autre part pztiqué un chambrage 50 auquel parvient le carburant injecté par la buse 48. Entre la pastille 47 et l'enveloppe 11 est d'autre part interposée une bague dlétanchéité 51. Sur la figure 2 est représentée une variante du noyau 15 d'un électroinjecteur semblable à celui de la figure 1. Dans cette variante, les rangs longitudinaux de trous radiaux 35 ont été remplacés par des fentes longitudinales 52. Le signal de commande du débit de l'électro-injecteur D0 pavient de manière ceLique à la bobine 16, sous forme d'alimentation en courant en provenance d'un système de régulation de l'injection du moteur (non représenté, car pouvant être de n'importe qul type connu). Les impulsions de courant, qui ont une durée variable suivant la quantité d'essence demandée par le moteur dans les différentes conditions de fonctionnement, provoquent l'excitation de la bobine, laquelle engendre une force magnétomotrice dans le cirouit magnétique s 2463294 constitué par la paroi cylindrique de la jupe 11, l'entrefer 46, la paroi latérale 39 du capuchon 37, l'en- trefer 45, le noyau 15.et la paroi annulaire 13. Par l'effet de la force magnétomotrice, ledit circuit magnétique est le siège d'un flux d'induction magnétique qui provoque le soulèvement du capuchon 37, malgré l'action antagoniste du ressort 42, jusqu'à le faire venir en butée ontre le noyau 15. Dans le même temps, à travers la buse 48 est injectée une quantité de carburant qui dépend du temps d'ouverture du capuchon 37. Lorsque l'impulsion de courant vient à cesser, le capuchon 37 est commandé par le ressort de rappel 42 à s'abaisser pour obstruer la buse d'injection 48. L'électro-injecteur qui vient d'être décrit est caractérisé par des délais d'ouverture et de fermeture trèsbrefs; de ce 2it, le dosage du carburant injecté est très précis, car dans son circuit magnétique et dans son circuit hydraulique ont été introduits quelques perfectionnements originaux qui ont permis d'améliorer aussi bien le délai d'ouverture que le délai de fermeture. En effet, on est parvenu à minimiser la somme des délais d'ouverture et de fermeture par des interventions dans le circuit magnétique de l'électro-injecteur, plus précisément en réalisant une réluctance de l'entrefer 46 sensiblement égale à celle de l'entrefer 45 lorsque ce dernier présente une épaisseur correspondant au maximum de la course du capuchon et en pratiquant sur le noyau lesdits rangs longitudinaux de trous radiaux 35 ou lesdites fentes longitudinales 52. L'amélioration des délais d'ouverture et de fermeture a été également obtenue grâce à des interventions dans le circuit hydraulique, en disposant les trous 38 dans la douille 36 en correspondance avec l'entrefer 45, afin c faciliter le passage du carburant dans cet entrefer au moment o le capuchon 37 se décolle du noyau , et enprévoyant les orifices d'épanchement 41 sur la paroi latérale 39 du capuchon 37 dans le but d'éviter des brusques variations de pression au sein du carburant contenu à soLintérieur. REVENDICATIONS 1.- Electro-injecteur pour injection intermittente de quantités de carburant à basse pression dans un moteur à combustion interne à cycle Otto, constitué par une jupe extérieure (11), un conduit d'alimentation du carburant sous pression, au moins une buse d'injection (48), un organe (37) d'obturation de cette buse et une bobine d'actionnement M6) dotée d'un noyau (15) en forme de cylindre creux en matériau ferromagnétique, ladite bobine étant apte à commander de manière cyclique l'ouverture dudit organe d'obturation sous l'effet de signaux de commande appropriés, ledit conduit d'alimentation du carburant sous pression étant disposé à l'intérieur dudit noyau, ledit organe d'obturation, qui constitue l'armature de la bobine, ayant la forme d'un capuchon (y7) dont la paroi latérale (39) est en matériau ferro- magnétique et le fond (40) en matériau approprié pour assurer la fermeture étanche de la buse d'injection, à l'intérieur dudit capuchon étant prévus des moyens élastiques (42) destinés à pousser ledit fond (40) pour le maintenir en contact avec l'orifice de ladite buse d'injection, ledit capuchon étant supporté de manière coulissante par une douille de guidage (36) emmanchée à l'intérieur dudit noyau, ladite bobine étant enroulée autour d'un mandrin (31) à l'intérieur duquel sont partiellement introduits, alignés dans le sens axial, ledit noyau de la babine et ledit capuchon, entre ledit noyau et ledit capuchon étant prévu un premier entrefer annulaire (45)qui correspond à la course du Do capuchon et qui est par conséquent variable, entre la paroi latérale du capuchon et la jupe extéxieure étant prévu un second entrefer annulaire (46) d'épaisseur fixe, cet électro-injecteur étant caractérisé par le fait que ledit premier entrefer (45) et ledit second entrefer (46) ont une réluctance de valeur sensiblement égale lorsque le premier entrefer (45) correspond au maximum de la course dudit capuchon (37). 2.- Electro-injecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau (15) de la bobine (16) est doté de rangs longitudinaux de trous radiaux (35). 3.- Electro-inJecteur selon laievendication 1, caractérisé par le fait que le noyau (15) de la bobine (16) est doté de fentes longitudinales (52). 4.- Electro-inJecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la douille de guidage (36) est dotée de trous ragLiaux (38) disposés à proximité dudit premier entrefer annulaire (45). 5.- Electro-injecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi latérale (39) du capuchon (37) est dotée de lumières (41) d'épanchement du carburant.