Brevet FR2475638A1 — publié le 19810814

La présente invention se rapporte généralement à un injecteur de carburant pour un moteur à combustion interne et plus particulièrement à un capteur qui est disposé dans l'injecteur de carburant pour détecter le moment de la levée de son élément de soupape et émettre un signal indiquant le moment de l'injection. Dans un agencement connu, un élément piézo-électri- que sensible à la pression est placé dans l'injecteur de carburant de façon à tre soumis à une compression lors d'un mouvement d'ouverture de la vanne à pointeau ou analogue contrtlant l'orifice d'injection du nez de l'injecteur, et ainsi fonctionne comme capteur de levée ou de temporisation. Cet élément piézo-électrique est polrvu de deux conducteurs qui servent à établir une connexion opérative entre lui et un circuit de contrôle utilisé pour faire varier le réglage de l'injec- tion, Cependant, cet agencement présente l'inconvénient que les conducteurs compliquent sa construction au point qu'il est difficile d'appliquer régulièrement une force sur les surfaces de l' élément, ce qui conduit à leur craquement et à l'infiltration subséquente de carburant (comme du gasoil) dans les régions o les conducteurs sont reliés à l'élément piézo-électrique. Par ailleurs, la rupture de l'un ou des deux fils conducteurs relative- ment fins par suite des vibrations de l'injecteur et du moteur peut se produire, ce qui rend le capteur inopératif et conduit à une situation o la sortie de l'élément piézo-électrique peut ttre en court-circuit et s'écouler vers la vanne à pointeau de l'injecteur, interrompant la pellicule de carburant entre la vanne ou soupape et la partie associée de la soupape d'injecteur (c'est-à- dire le siège) et induire une corrosion électrolytique non souhaitable de la vanne à pointeau ou du siège ou des deuxo Par ailleurs, la construction complexe avec les fils conducteurs augmente le temps et le travail qui doit être entrepris pendant l'assemblage et/ou la réparation des injecteurs, ce qui induit des augmentations non voulues de prix de production et dlentretieno La présente invention concerne un élément piézo- électrique cylindrique en forme de bouton en céramique qui est formé avec des électrodes en métal très conducteur (comme de l'argent)sur chaque face. L'élément piézo- électrique est disposé dans un alésage borgne formé dans l 'injecteur et pris en sandwich entre un élément terminal et une plaque à la masse. L'élément terminal est isolé du corps de l'injecteur et il a une partie plate ou organe en contact avec l'une des électrodes de l'élément piézoélectrique et il est adapté à avoir un organe de connexion en forme de tige qui est disposé de façon étanche et isolante à travers la paroi du carter de l'injecteur pour connexion à un conducteur approprié ou analogue. La plaque à la masse a une surface très plate qui contacte l'autre des deux électrodes de l'élélient piézo-électrique et peut tre ajustée à pression dans l'alésage pour maintenir l'élément piézoélectrique en place. La plaque à la masse établit également une connexion électrique entre la seconde électrode et l'élément piézo- électrique et le carter de l'injecteur qui en conséquence sert de seconde borne ou borne à la masse pour un circuit de réglage d'injection relié à l'organe de connexion isolé. Lors de la levée de la vanne à pointeau d'injecteur, un ressort entre cette vanne et la plaque à la masse comprime l'élément piézo-électrique pour l'induire à produire une sortie. Les surfaces plates entre lesquelles l'élément piézo-électrique est pris en sandwich lui appliquat uniformément une force pour empocher toute tendance ducorps en céramique de l'élément piézo-électri- que à craquer. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue enoiçe et en élévation d'un injecteur de carburant équipé d'un capteur de levée ou de temporisation d'injection selon l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 montrant l'agencement du capteur en détail; - les figures 3 et 4 sont des vues en plan et en élévation de l'élément piézo-électrique utilisé dans la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe partielle d'une partie de l'élément de contact isolé de la figure 2; - la figure 6 est une vue en plan de la plaque à la masse utilisée à la fois pour mettre l'élément piézo-électrique à la masse et le maintenir en place dans l'injecteur; la figure 7 est une vue en élévation montrant la disposition de la plaque à la masse dans l'injecteur; - les figures 8a, 8b et 8c sont des graphiques montrant respectivement (a) les caractéristiques de levée de la vanne à pointeau de l'injecteur en terme de levée sur l'axe des ordonnées et de temps sur l'axe des abscisses, (b) les caractéristiques de sortie de l'élément piézo-électrique qui correspondent à la levée de la vanne à pointeau, en terme de tension sur l'axe des ordonnées et de temps sur l'axe des abscisses et (c) un signal appliqué à un circuit de contrble après réception du capteur et configuration dans un circuit de mise en forme, le signal étant indiqué sur l'axe des ordonnées et le temps sur l'axe des abscisses; et - la figure 9 donne un schéma bloc d'un agencement de circuit possible adapté à une utilisation avec le capteur de la présente invention. En se référant maintenant à la figure 1, elle montre un capteur 10 de levée de soupape disposé dans un injec- teur de carburant 12 qui se compose d'un écrou 14 vissé *t47148 à une culasse 16 d'un moteur à combustion interne, d'un nez d'injection 18 disposé dans l'écrou 14, qui reçoit à son tour de façon réciproque, une vanne à pointeau 20 et d'un porte-nez 22 vissé dans l'écrou 14 pour y fixer le nez 18. Le porte-nez 22 comporte un alésage borgne 24 o est disposé le capteur 100 L'injecteur comporte de plus une structure formant passage 26 traversant le porte-nez 22 et le nez pour amener du carburant sous pression d'un orifice d'entrée 28 à un orifice d'injec- tion 30. Un ressort 32 est interposé entre un siège 34 et une rondelle d'espacement 36 (voir figure 2) qui est en aboutement contre le capteur 10. Le ressort 32 maintient la vanne à pointeau 20 fermée jusqu'à cé que la pression appliquée à l'orifice d'injection 30 par une pompe (non représentée) au moyen de l'orifice d'entrée 28 atteigne un niveau suffisant pour forcer la vanne àa pointeau contre la sollicitation du ressort 32, ensuite l'injection du carburant dans la chambre de combustion oU la pré-chambre a lieu. Pour permettre le drainage de tout carburant entrant dans l'alésage borgne 24, un embout 38 est prévu dans le porte-nez 22. Avec cet agencement, tandis que la vanne à pointeau ou à aiguille est élevée de sa position de repos fermant l'orifice d'injection 30 par la pression du carburant amené à l'injecteur 12, le ressort 32 est comprimé appliquant, à son tour, une force de compression au capteur qui en conséquence émet un signal selon la quantité de compression (c'est-à-dire la distance) et par conséquent la quantité de force qui lui est appliqué- Les figures 2 à 7 montrent en plus de détail la construction du capteur de levée, Le capteur 10 a la forme d'un élément piézo-électrique 40 en forme de bouton qui est pourvu d'électrodes 42, 44 en un métal très conducteur. L'lément piézo-électrique peut être formé en acide titaniquecuEnzirconate de plomb tandis que les électrodes peuvent avantageusement avoir la forme de pellicules d'argent appliquées par processus d'évaporation sous vide ou analogue. Les électrodes 42, 44, comme on peut mieux le voir sur les figures 3 et 4, sont formées pour se terminer à une courte distance du bord périphé- rique du corps en céramique constituant l'élément piézo- électrique, et ainsi elles empochent toute décharge non voulue d'électricité entre les électrodes et la paroi de l'alésage borgne o est disposé l'élément piézo-électri- que. Un isolateur 46 formé en un matériau isolant appro- prié tel qae du -verre ou analogue, est disposé dans l'alésage borgne et agencé pour faire saillie à travers une ouverture 48 formée dans le portenez. Un joint à huile 47 est de préférence disposé dans-l'ouverture pour produire un joint étanche à l'huile entre l'isolateur 46 et l'ouverture. Alternativement, l'isolateur peut être collé en place pour atteindre le même but. Un élément terminal 50 en forme de poteau est disposé de façon ét.x.che à travers l'isolateur et il est pourvu d'un disque 52 qui est coTJfou autrement relié à l'une de ses extrémités0 Le disque 52 est usiné pour avoir une surface plate qui contacte l'électrode 42 de l'élément piézo- é'ectrique et lui applique en conséquence une force uni- forme. Le disque est bien entendu dimensionné pour ne pas contacter la paroi de l'alésage borgne en position. Une plaque à la masse ou disque 54 en 'bronze phosphoreux ou analogue est disposé dans l'alésage borgne pour contacter l'électrode 44 de l'élément piézo- électrique. Cette plaque 54 a une surface très plate qui contacte l'électrode 44. La plaque à la masse comporte un certain nombre de protubérances 56 qui engagent la paroi de l'alésage borgne pour, à la fois, établir une bonne connexion électrique entre la plaque à la masse et le porte-nez 22 et permettre à la plaque 54 d'être ajustée à pression dans l'alésage borgne et par conséquent, à elle seule, maintenir l'élément piézo-électrique en place. Cette caractéristique est particulièrement apparente sur la figure 7 o les protubérances 56 sont illustrées comme étant déviées et en engagement ferme avec la paroi de l'alésage borgne. Afin d'ajuster la force par laquelle le ressort sollicite la vanne à aiguille, la pièce 36 peut être choisie pour avoir une épaisseur appropriée et faire en conséquence ainsi varier la force initiale appliquée entre le capteur 10 et le siège0 La surface de la pièce en contact avec la plaque à la masse est usinée pour avoir une surface très plate afin d'appliquer uniformément la force à l'élément piézo-électrique par la plaque à la masse. L'élément piézo-électrique en céramique, du fait de sa nature, a une face très résistante à la contrainte et une face opposée sensible à un craquement sous contrainte. L'agencement des surfaces plates sur le disque 52 et la. pièce 36 protège l'élément de craquemen-b ou fissures par la force qui lui est appliquée pendant le fonctionne- ment de l'injecteur. Les figures 8a et 8b montrent respectivement la levée de la vanne à aiguille (mm) par rapport au temps et la tension de sortie correspondante du capteur de levée par rapport au temps. Comme on peut le voir par ces graphiques, la sortie de l'élément piézo-électrique varie avec le déplacement de la vanne à aiguille pendant sa montée et sa descente. La figure 9 montre sous forme de schéma bloc, un circuit pouvant ttre utilisé avec le capteur de levée selon l'invention. Avec cet agencement, la sortie du capteur (figure 8), est appliquée à un circuit de mise en forme 58 qui met le signal en forme au-dessus du niveau L (voir figure 8b) et émet subséquemment un signal tel que celui représenté sur la figure 8c. Le signal à la sortie du circuit 58 est alors appliqué à une unité de contrble 60 qui émet alors un signal de contrble appliqué à un circuit de réglage d'injection 62. Avec cet agencement, -5 les fluctuations mineures de tension qui se produisent à la fin de chaque injection par suite du rebond de la vanne à aiguille sont éliminées, éliminant ainsi sensiblement tout bruit dans le signal de contrble appliqué au circuit de réglage d'injection. Ainsi, en résumé, la présente invention présente un agencement d'un capteur de levée simple et très robuste sous forme d'un élément piézoélectrique en céramique en forme de bouton pourvu d'électrodes en pellicule en métal, et qui est pris en sandwich entre des organes ayant des surfaces plates-et usinées pour empocher la formation de craquelures ou fissures par contrainte dans la céramique. Les organes (une borne isolée et une plaque à la masse) maintiennent tous deux l'élément piézo- électrique en place et servent à définir un circuit qui comporte le corps de l'injecteur, éliminant ainsi la nécessité de conducteum pouvant compliquer la configura- tion et la construction de l'injecteur et du capteur. Avec cet agencement, la fabrication, l'assemblage et les réparations sont facilités. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier {le comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 NS 1.. Injecteur de carburant caractérisé en ce qu'il comprend: un carter (14, 22); un nez (28) disposé dans ledit carter; un élément de soupape (20) opérativement disposé dans ledit nez (18) pour contrôler son orifice d'injection (30); un ressort (32) engageant ledit élément de soupape (20) à une extrémité pour le solliciter vers une position o il ferme ledit orifice d'injection (50); et un capteur de levée (10) comprenant: un élément piézo-électrique (40) disposé dans ledit carter; un élément terminal (50) disposé pour contacter un premier côté dudit élément piézoélectrique (40), ledit élément (50) étant isolé dudit carter et pouvant faire saillie hors dudit carter par une ouverture (48) qui y est formée; et une plaque à la masse (54) interposée entre ledit ressort (32) et un second ctté dudit élément piézo-électri- que (40), ladite plaque (54) établissant un contact électrique entre ledit second ctté dudit élément (40) et ledit carter. 2o Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément piézo-électrique (40) précité a une configuration cylindrique en forme de bouton et en ce qu'il comporte des première et seconde électrodes en pelliculesmétalliques(42, 44) sur ses premier et second cotés, respectivement, lesdites première et seconde électrodes étant formées pour se terminer à une courte distance du bord périphérique dudit élément piézo- électrique cylindriqueç 3o Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément terminal précité-a une surface plate, qui peut venir en abouament contre le premier coté précité de l'élément piézo- électrique précité afin d'y appliquer uniformément une force. 4. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une rondelle d'espacement (36) interposée entre la plaqueà la masse (54) orécitée et le ressort précité, ladite rondelle (36) ayant une surface plate en contact avec ladite plaque à la masse (54) afin d'appliquer uniformément de la force audit second coté dudit élément piézo-électrique par ladite plaque àla masse o Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément terminal précité a la forme d'un poteau terminal disposé à travers un corps isolant et d'un disque relié à une extrémité dudit poteau. 6. Injecteur selon la evendication 1, caractérisé en ce que la plaque à la masse précitée à la forme d'un disque ayant un certain nombre de protubérances (56) qui s'étendent de son pourtour, lesdites protubérances enga- geant une paroi du carter précité pour établir le contact électrique précité.