Brevet FR2492894A1 — publié le 19820430

- 1 - 2492G94 INJECTEUR A COMMANDE ELECTROMAGNETIQUE A BILLE La présente invention se rapporte à un injecteur à bille à commande électromagnétique, destiné à assurer l'injection de fluide, notamment de carburant dans les moteurs à combustion interne. Un injecteur de ce type a déjà été décrit dans le brevet français anté- rieur n0 2166734 et dans son addition n0 2211049 déposés par le présent demandeur. On y décrit notamment un injecteur à commande électromagnétique com- prenant une cuirasse à l'intérieur de laquelle est logé un noyau compor- tant un conduit d'arrivée de fluide, une bobine d'excitation entourant le noyau, un logement compris entre le couvercle et le noyau et dans lequel est logée une bille d'obturation du conduit d'injection ménagé dans le couvercle, cette bille étant sollicitée dans le sens de l'ouverture du conduit d'injection par le champ magnétique créé par la bobine d'excitation à l'encontre d'un système élastique qui tend à repousser la bille contre son siège. Dans cette réalisation, il est nécessaire d'usiner l'extrémité du noyau pour y loger, d'une part, le système élastique qui peut être un simple ressort hélicoïdal et, d'autre part, une pièce rapportée en matériau non magnétique pour éviter le collage de la bille contre le noyau par magné- tisme rémanent. Ces usinages ne présentent pas de difficultés parti- culières, mais ils augmentent notablement les coûts de fabrication de l'injecteur. Par ailleurs, malgré la force de rappel du ressort, l'étanchéité de la bille sur son siège n'est pas toujours réalisée avec une efficacité suf- fisante. Enfin, il se produit des turbulences liées à des phénomènes de cavita- tion qui ont lieu habituellement sous le siège de l'injecteur lorsque le fluide atteint une température o il commence à se vaporiser. Le débit dans le conduit d'injection se trouve alors modifié en fonction de la température. - 2 - 2492G-94 Le but de la présente invention est d'éviter les principaux inconvé- nients ci-dessus mentionnés et de réaliser un injecteur à bille perfec- t:orné de fabrication pius facile et plus économique tout en améliorant ses caractéristiques de fonctionnement, notamment de débit et d'étan- chéité C e résultat est octenu essentiellement par l'interposition d'une pastille en matériau de grande dureté entre le noyau et la bille, la face de la pastiiie tcurnee vers la bille étant recouverte d'une couche non magné- tique, par la réalisation d'une portée parfaitement'sphérrque sur la zone de contact du siège avec la bille et par l'introduction d'une- buse auto- régulatrice de débit de profil prédéterminé, à l'intérieur du siège. La fabrication de la pastille est beaucoup plus aisée et plus économique que l'usinage des extrémités des noyaux des solutions antérieures. Le ressort de rappel repose alors sous une collerette de la pastille, cette dernière étant appliquée directement sur une face lisse du noyau en fer doux. Le siège, également en matériau d'une très grande dureté, peut être usiné par différents procédés pour obtenir une portée sphérique assu- rant une étanchéité parfaite avec la bille. De préférence, on réalise cette portée par matriçage du siège directement avec une bille de mêmes caractéristiques dimensionneiles. La buse est en forme d'entonnoir, dont le profil est déterminé de façon empirique et permet un écoulement du fluide sans décollement aux parois quelle que soit la température, ce qui évite les turbulences et assure un débit constant et autorégulé. D'autres avantages et particularités apparaîtront dans la description qui suit de plusieurs modes et variantes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé sur leque!: - la figure 1 représente en coupe un injecteur à alimentation par le noyau, équipé de certains perfectionnements selon l'invention, - 3 249-394 - la figure 2 est une vue agrandie de la bille d'obturation sur son siège, - la figure 3 est une coupe partielle selon la ligne III de la figure 1, la figure 4 est un second mode de réalisation à alimentation latérale par Fe nez de l'injecteur, - les figures 5 et 6 représentent des variantes de nez d'injection à rampes hélicoïdales, permettant d'obtenir des jets coniques, - la figure 7 est une autre variante de nez d'injection à rondelle rainu- rée, - la figure 8 est une coupe de la rondelle selon la ligne VIII de la figure 7. On reconnaît sur la figure 1 un injecteur du type déjà décrit dans les brevets antérieurs précités et comprenant un boîtier en matériau magné- tique dont une première partie forme la cuirasse 1, une deuxième partie forme le noyau 2 d'un électro-aimant et une troisième partie forme le couvercle 3 se terminant par le nez d'injection 4. Le noyau peut être réalisé dans la même masse que la cuirasse (figure 1), le couvercle 3 étant immobilisé sur la cuirasse par tout moyen d'assemblage connu, par exemple des goupilles 5, ou bien être rapporté directement sur le noyau par tout moyen d'assemblage, par exemple par vissage 6 (figure 4), le couvercle 3 faisant alors partie intégrante de la cuirasse 1. Dans la réalisation de la figure 1, l'alimentation du fluide se fait par l'intermédiaire de conduits 7, 8 traversant le noyau tandis que, sur la figure 4, le noyau 2 étant massif, l'alimentation du fluide est réalisée latéralement au niveau du nez 4 de l'injecteur, à travers un conduit 9 traversant le conduit d'admission 10 du *moteur à combustion interne, pour des raisons qui seront expliquées par la suite. Un logement 11 est formé dans le couvercle 3 pour y placer un clapet constitué d'une bille 12 en matériau magnétique poussée par un système - 4 - 2492394 élastique tel qu'un ressort hélicoïdal 13 contre un siège annulaire 14 en matériau non magnétique. Sous l'action du champ magnétique créé par une bobine 15 alimentée en courant électrique par un conducteur d'amenée 16 et enroulée autour d'un support ou carcasse 17 de préférence en matière synthétique moulée, la bille 12 est appliquée contre l'extrémité du noyau 2, en opposition à la force de rappel du ressort 13, et le fluide s'écoule d'abord par un passage 18 prévu dans le logement (figure 3), puis à travers le siège 14 et par le conduit d'injection 19 traversant le nez et se terminant selon le cas par une buse d'injection 20 de forme et de caractéristiques appropriées au fonctionnement de l'injecteur, percée de un ou plusieurs orifices 21 de pulvérisation du fluide avec, éventuelle- ment, un canal 22 de mise à la pression atmosphérique (figure 1). L'étanchéité du circuit électrique par rapport au circuit fluidique est réalisée de façon connue, d'une part, au moyen d'une enveloppe synthé- tique 23 enrobant le bobinage et, d'autre part, par l'interposition de joints d'étanchéité 24, 25 comprimés entre la carcasse du bobinage et la cuirasse, le noyau ou le couvercle selon le montage adopté. Le noyau pénétrant à l'intérieur de la carcasse du bobinage, la circu- lation du fluide, dans le cas d'une alimentation par le noyau, est facili- tée par un conduit annulaire 26 réalisé par la différence des diamètres entre l'extrémité du noyau 2 et l'élargissement de l'alésage de la car- casse 17. Conformément à une première caractéristique de l'invention (figure 2), on interpose une pastille 27 en matériau magnétique de grande dureté entre le noyau 2 en fer doux et la bille 12, la face 28 de la pastille orientée vers la bille étant recouverte d'une couche de métal non magné- tique pour éviter le collage avec la bille par effet magnétique rémanent. La couche non magnétique peut être par exemple une couche de nickel déposée électrolytiquement. La grande dureté de l'acier employé pour la pastille permet d'éviter le matage provoqué par les attractions succes- sives de la bille. 24920)94 - 5 - Le ressort de rappel 13 prend appui sous une collerette 29 de la pastille, cette dernière étant appliquée directement sur la face plane de l'extrémité du noyau 2. Selon une autre caractéristique de l'invention, le siège annulaire 14, réalisé également en matériau non magnétique de grande dureté, pré- sente une portée sphérique 30 adaptée aux caractéristiques dimension- nelles de la bille, portée qui peut être réalisée par tout moyen d'usi- nage connu mais de préférence par matriçage à froid. On obtient ainsi une étanchéité parfaite au moment de l'obturation du conduit d'injection par la bille. Selon une autre caractéristique, le siège 14 loge une buse 31 autorégu- latrice de débit du fluide, à profil 32 en forme d'entonnoir, dont la géométrie déterminée de façon empirique peut être réalisée par diffé- rents procédés d'usinage mécaniques ou électromécaniques connus, sa finition étant obtenue de préférence par calibrage-matriçage. La buse 31 peut être rapportée à l'intérieur du siège 14 et, dans ce cas, les maté- riaux utilisés pour le siège et la buse peuvent être différents. On uti- lisera par exemple du laiton ou du bronze plus facile à travailler pour la buse, le siège restant en acier dur. La buse peut aussi être fabriquée dans la même pièce et donc avec le même métal que le siège. Comme on l'a vu, le profil 32 de la buse permet de réguler le débit de fluide, c'est-à-dire de le rendre pratiquement indépendant de la tempé- rature de l'injecteur. L'on sait, en effet, que des turbulences appa- raissent sous le siège 14 de l'injecteur lorsque le fluide atteint une tem- pérature o il commence à se vaporiser. La forme de la buse 31 empêche le décollement des veines de fluide sur les parois et supprime alors le phénomène de cavitation. Dans la variante de la figure 4 o l'injecteur est alimenté latéralement, outre la présence de la buse 31 autorégulatrice, il est possible de s'affranchir encore davantage des variations de température en créant une circulation du fluide d'alimentation 9 autour du nez 4 de l'injecteur, - 6 - 2492S94 au niveau de la sortie de la buse 31, au moyen d'une chambre annu- laire 33 ménagée entre le conduit d'admission 10 et le nez. Cette réserve de fluide communique alors avec le logement 11 du clapet par un canal 34 percé dans le couvercle, le joint d'étanchéité 25 étant repoussé vers l'extérieur de l'axe de symétrie de l'injecteur et un autre joint 35 étant interposé entre le couvercle et le conduit d'admission. Les figures 5 et 6 illustrent des variantes de réalisation du nez de l'injecteur de la figure 4, permettant d'obtenir en sortie la vaporisation du fluide selon un jet conique. Dans ce cas, la buse 31 à l'intérieur du siège devient inutile et peut être retirée. Sur la figure 5, le nez 4 se prolonge par un embout fileté 36, c'est-à- dire comportant des rainures hélicoïdales et placé à l'intérieur d'une buse 37 à fond conique percée en son axe d'un orifice d'injection 38. L'extrémité de l'embout est également conique. La buse peut être fixée sur le nez par tout moyen approprié par exemple au moyen d'un file- tage 39. Le nez est percé sous le siège 14 par un conduit 40 en forme de T débouchant à la partie supérieure des rainures hélicoïdales si bien que le fluide est guidé selon un mouvement de même nature tout autour de l'embout jusqu'à sa sortie en jet conique dont l'angle au sommet peut être réglé en modifiant simplement la géométrie et les positions relatives de la buse 37 et de l'embout 36. Sur la figure 6, l'embout fileté devient une pièce indépendante 41 rap- portée à l'intérieur d'un nez 4 creux, communiquant avec le clapet par le conduit 42 et maintenue en place par serrage. Une buse conique 43 est rapportée à l'extrémité du nez. Cependant, les variantes des figures 5 et 6 sont plus favorables à un fonctionnement en continu de l'injecteur étant donné la quantité de fluide en mouvement dans les rampes hélicoïdales. Pour un fonctionnement par impulsions de fluide, il est préférable de recourir à la variante de réalisation des figures 7 et 8 dans laquelle l'embout fileté est remplacé par une rondelle 44 pleine à fond conique 45 possédant, sur sa périphérie, une ou plusieurs rainures obliques 46 reliant les deux faces de la rondelle et faisant communiquer le trou d'injection 47 de la buse 48 à fond conique, rapportée sur le nez 4 de façon réglable, avec une chambre 49 de distribution de fluide aménagée dans la masse de l'extrémité du nez 4. Ce dernier vient donc en appui contre la face supérieure de la rondelle 44 qui est maintenue par l'as- semblage de la buse 48. Le nez est percé d'un conduit d'injection 50 en forme de T alimentant la chambre de distribution depuis le siège du clapet. Cette variante fournit également un jet conique mais ici, le volume situé en aval des rampes hélicoïdales est plus faible que dans le cas précé- dent, ce qui favorise la mise en rotation du fluide. Outre cet avantage, il faut signaler que la fabrication des rondelles en un matériau quel- conque est très facile à réaliser et donc peu coûteuse. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais englobe également tous les équivalents techniques simples à la portée de l'homme de métier. - 8 - 2492394 REVENDICATIONS 1. Injecteur à commande électromagnétique, pour l'injection de fluide notamment dans les moteurs à combustion interne, comprenant une cuirasse (1), un noyau (2) logé à l'intérieur de la cuirasse, une bobine d'excitation (15) entourant le noyau, un conduit d'arrivée (7) de fluide, un logement (11) compris entre un couvercle (3) et le noyau et dans lequel est prévue une bille (12) d'obturation, par l'intermédiaire d'un siège (14), du conduit d'injection (19) ménagé dans le couvercle, cette bille étant sollicitée par la bobine d'excitation à l'encontre d'un système élastique (13) monté à l'avant du noyau et qui tend à repousser la bille contre son siège, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pastille (27) en matériau de grande dureté, interposée entre la bille et le noyau, dont la face (28) orientée vers la bille est recouverte d'une couche de métal non magnétique, ladite pastille étant comprimée contre le noyau par le système élastique (13). 2. Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège (14) , réalisé en métal non magnétique de grande dureté présente une portée sphérique (30) adaptée aux caractéristiques dimensionnelles de la bille (12), portée obtenue de préférence par matriçage. 3. injecteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le siège loge une buse (31) autorégulatrice de débit du fluide, à profil (32) en forme d'entonnoir et de finition obtenue de préférence par calibrage-matriçage. 4. Injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le siège (14) et la buse (31) sont fabriqués d'une seule pièce. 5. Injecteur selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le couvercle (3) est prolongé du côté de l'injection par un nez (4) dont la température est maintenue constante par l'alimentation latérale (9) de l'injecteur et par la circulation du fluide à l'intérieur d'une chambre annulaire (33) ménagée entre le conduit d'admission (10) et le nez d'injection (4). 9 2492394 6. Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nez se prolonge par un embout fileté (36) placé à l'intérieur d'une buse (37) à fond conique, rapportée sur le nez (4), les rampes hélicoïdales de l'embout imprimant au fluide un mouvement de même nature favorisant la vaporisation du fluide à la sortie (38) de la buse suivant un jet conique. 7. Injecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'embout fileté est une pièce (41) rapportée à l'intérieur d'un nez creux et main- tenue en place par le montage en bout de la buse d'injection (43). 8. Injecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité du nez (4) prend appui sur une rondelle (44) pleine à fond conique maintenue par une buse (48) rapportée sur le nez, la rondelle possé- dant sur sa périphérie plusieurs rainures (46) obliques faisant communi- quer le trou d'injection (47) de la buse avec une chambre (49) de distribution de fluide aux rainures, aménagée dans l'extrémité du nez, et alimentée par le conduit d'injection (50) traversant le nez.