Brevet FR2555735A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure électrique indirecte, sans contact, de petites courses, notamment pour la mesure de la course et/ou de la position d'aiguilles d'injecteurs de carburant de moteurs à combustion interne, comportant une bobine excitée de forme cylindrique et un élément de commande déplaçable par rapport à la bobine et dans la direction axiale de cette dernière et pourvu d'un noyau magnétique qui, lors de son déplacement, produit une variation de la densité de flux magnétique, cette variation étant utilisée, moyennant un traitement approprié d'une valeur de mesure prise à la bobine, comme mesure de la course à mesurer. Pour assurer notamment une régulation électronique optimale de l'injection de carburant dans un moteur Diesel, il est nécessaire d'effectuer une mesure sans retard de la course et/ou de la position de l'aiguille de l'injecteur. A cet égard on connaît un dispositif (demande de brevet allemand DE-OS 29 49 705), dans lequel un élément de commande, se composant d'un matériau à magnétisme doux, déplacé par l'aiguille d'injecteur et servant de noyau de bobine, est déplacé dans une bobine diffé- rentielle fixée concentriquement au noyau et excitée. La bobine différentielle se composant de deux bobines partielles est branchée dans ce cas à la façon d'un demi-pont, la tension d'induction produite dans une des bobines partielles et variant lors du mouvement de l'aiguille d'injecteur étant prise comme tension de pont entre les deux bobines partielles et étant appliquée à un second demi-pont placé dans un appareil électronique de commande en étant utilisée dans celui- ci comme une mesure de la course parcourue par l'aiguille d'injecteur. L'inconvénient de ce dispositif consiste en ce que, en dehors de la faible sensibilité, il existe un risque de rupture de l'élément de commande servant de noyau de bobine sous l'effet d'oscillations transversales ou bien un risque de destruction par con- tact avec des parties fixes. Un avantage consiste cependant dans le fait que la mesure dépend faiblement de la température. La même considération s'applique à un autre dispositif connu (brevet allemand 1 049 635), dans lequel une tige de noyau de bobine formée de fer doux, déplacée par l'aiguille d'injecteur ettraversant la bobine différentielle se composant de deux bobines partielles, est déplacée dans la bobine et influence son équilibre d'inductance, ce qui est mesuré de façon appropriée au moyen d'un pont de mesure. On connait en outre un dispositif (demande de brevet allemand DE-OS 29 20 669), qui fonctionne avec un générateur à effet "Hall". Dans ce cas, un petit aimant permanent est fixé dans le poussoir sollicité par l'aiguille d'injecteur et son champ est capté par un générateur à effet Hall fixe et disposé dans le support d'injecteur. Lors d'un mouvement de l'aiguille d'injecteur, l'aimant permanent est déplacé vers la plaquette à effet Hall, ce qui fait varier transversalement le champ magnétique traversant la plaquette à effet Hall et ce qui provoque une variation de la tension obtenue par effet Hall. Un inconvénient de ce dispositif consiste dans la faible sensibilité du générateur à effet Hall et dans l'influence de la température sur celui-ci. Un avantage consiste dans la faible masse de l'aimant permanent à déplacer et dans le fait que la mesure est effectuée absolument sans contact. L'invention a pour but de créer un dispositif qui comporte d'une part une grande plage de température de travail et d'autre part une grande sensibilité, tout en étant cependant agencé correctement pour pouvoir fonctionner notamment dans des conditions d'environnement sévères (huile, températures élevées, mouvements s'effectuant rapidement, fortes vibrations). Ce problème est résolu selon l'invention en ce que la bobine comporte un noyau fixe formé d'un alliage à magnétisme doux et l'élément de commande comporte une partie de noyau à magnétisme permanent qui pro- duit, lors d'un mouvement par rapport à un côté frontal de la bobine, une variation de la densité de flux magnétique dans le noyau à magnétisme doux de la bobine et qui assure, en relation avec la fonction non linéaire B=f(H) de la courbe de magnétisation du noyau de la bobine, une variation de la perméabilité dynamique "(H) = dB/dH et par conséquent de l'in- ductance L = >(H).N.A/1 de la bobine. Pour réduire notamment les dimensions du dispositif, y compris le nombre de spires de la bobine, celle-ci se compose d'un alliage amorphe, qui est caractérisé par de faibles pertes par hystérésis et par courants de Foucault, par une grande perméabilité et par une faible intensité de champ coercitif; la partie de noyau de l'élément de commande se compose par contre - pour obtenir de faibles dimensions et une masse réduite - d'un alliage de cobalt-samarium ou bien d'Alnico (marque déposée) dans le cas de conditions particulièrement sévères en ce qui concerne la constance de la magnétisation en fonction de la température. Selon d'autres particularités de l'invention: a) la bobine se compose d'une manière connue de deux parties de bobine disposées de façon décalée dans une direction axiale et isolée et branchées en série en formant une prise centrale; chaque partie de bobine comporte une partie de noyau; à l'extrémité de l'une des parties de bobine qui est éloignée de l'élément de commande dans une direction axiale est placée, à une distance fixe de son côté frontal, un aimant de référence correspondant à la partie de noyau à magnétisme perma- nent de l'élément de commande. b) la ou les bobines sont constituées d'un fil ayant un faible coefficient de variation de résistance en fonction de la température. Ainsi les influences de la température sur les parties de noyaux à magnétisme permanent, le noyau de bobine à magnétisme doux et la bobine proprement dite sont contrebalancées de façon optimale de manière à obtenir une faible sensibilité du dispositif à la température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une première variante du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 représente le dispositif installé dans un injecteur, - la figure 3 représente schématiquement une seconde variante, et - la figure 4 représente schématiquement une troisième variante du dispositif. Dans un carter non magnétique 1 de forme cylin- drique creuse, il est prévu deux corps de bobine identiques 2 dont les parties inférieures 3 peuvent être respectivement reliées à une partie supérieure 4. Un des corps de bobine s'étend dans ce cas jusqu'à une extrémité du carter 1 tandis que l'autre corps de bobine s'étend jusqu'à un trou récepteur 5 du carter 1. Dans une zone adjacente, les deux corps de bobine 2 sont séparés l'un de l'autre par un disque en céramique 6. Entre la partie supérieure 4 et la partie inférieure 3 de chaque corps de bobine 2, il est prévu un noyau partiel 7 agencé en forme de bande plate et constitué d'un alliage amorphe, ce noyau partiel s'étendant approxima- tivement sur la longueur de la partie supérieure 4 du carter. Sur chaque corps de bobine 2 est enroulée dans le même sens une partie de bobine de forme cylindrique 8, ces parties de bobine étant branchées en série de telle sorte que l'extrémité d'enroulement 9 de la par- tie supérieure de bobine 8 soit reliée au début d'enroulement 10 de la partie inférieure de bobine 8 en un contact de liaison 13 avec formation d'une prise centrale. Le début d'enroulement 11 de la partie supérieure de bobine 8 est par contre relié à un contact de liaison 14 et l'extrémité d'enroulement 12 de la partie inférieure de bobine 8 est reliée à un contact de liaison 15. Les contacts de liaison 13, 14 et 15 sont maintenus par un support en céramique 16 engagé dans le trou récepteur 5 et sont espacés l'un de l'au- tre et en outre un cable de raccordement 17 est fixé sur lesdits contacts de manière à assurer la liaison des parties de bobine 8 d'une part avec une source de courant de préférence constant (par l'intermédiaire des contacts de liaison 14 et 15) et d'autre part avec un appareil de commande de traitement. Le cable de liaison 17 et les contacts de liaison 13 à 15 sont enrobés d'une masse isolante 18 de liaison avec le carter 1. Sur l'axe central du dispositif, il est en outre placé dans le support en céramique 16 un aimant de référence 19 à magnétisme permanent, et ceci de façon à former un intervalle fixe défini par rapport au côté frontal supérieur de la partie supérieure de bobine 8. Le côté frontal inférieur de la partie inférieure de bobine 8 est par contre placé en regard d'un élément de commande 20 comportant une partie de noyau à magné- tisme permanent qui est placée également sur l'axe central du dispositif et qui est maintenue par une partie en céramique 23 disposée dans un appendice 22 en forme de pot de l'élément de commande 20. Avantageusement la partie de noyau 21 est agencée de façon analogue à l'aimant de référence 19 de manière que les deux parties possèdent les mêmes propriétés et les mêmes valeurs magnétiques. En outre l'élément de commande déplaçable 20 est réglé dans sa position de zéro de telle sorte que la partie de noyau 21 soit espacée du côté frontal inférieur de la partie inférieure de bobine 8 de la même distance que l'aimant de référence 19 est espacé du côté frontal supérieur de la partie supérieure de bobine 8. Par cette disposition diffé- rentielle des parties de bobine 8 avec leur noyau 7 et des aimants permanents 19 et 21, on compense dans une large mesure l'influence de la température sur la perméabilité et sur l'intensité du champ magné- tique et pour cette raison les bobines sont constituées de préférence d'un fil ayant un faible coefficient de variation de résistance en fonction de la température. Lorsque maintenant l'élément de commande 20 est déplacé - et lorsque ce mouvement doit être déterminé en tant que tel ou bien lorsqu'on doit me- surer la course parcourue par l'élément de commande - le mouvement, se produisant dans la direction axiale du dispositif, de la partie de noyau 21 à magnétisme permanent de l'élément de commande 20 engendre, du fait de son rapprochement ou de son éloignement par rapport au carter 1, une variation de la densité de flux magnétique B dans le noyau inférieur à magnétisme doux 7 de la bobine excitée 8. Du fait de la relation non linéaire entre la densité de flux magnétique B et l'intensité de champ magnétique H, B = f(H) d'après la courbe de magnétisation de la matière formant le noyau de bobine, il se produit également une variation de la perméabilité dynamique /(H) = dB/dH et ensuite une variation de l'inductance L de la partie inférieure de bobine 8 en correspondance avec la relation L = p (H).N2.A/1, ou N désigne le nombre de spires de la bobine, A la section de bobine et 1 la longueur de bobine. Cette variation peut alors être captée indirectement en tant que valeur de mesure, par exemple comme une chute de tension inductive, à la partie inférieure de bobine 8 et elle peut être appliquée par l'intermédiaire des contacts de liaison 13 et 15 à l'appareil de commande de traitement agencé comme un pont de mesure de fréquence porteuse, auquel la partie supérieure de bobine 8 est également reliée sous forme d'une dérivation de référence par l'intermédiaire des contacts de liaison 13 et 14 et avec lequel d'une part la fréquence porteuse né- cessaire pour l'excitation des dobines est produite et d'autre part la variation d'inductance ou bien la valeur de mesure est convertie en une valeur représentant la course de l'élément de commande. Il est cependant également possible de capter la variation directement avec un pont de mesure d'in- ductance du commerce par comparaison des deux induc- tances des deux parties de bobine 8 et de les traiter de façon appropriée. L'amplitude de la tension alter- native d'excitation peut avantageusement être choisie suffisamment grande pour que les noyaux de bobine 7 soient sollicités jusque dans la condition de satura- tion et jusqu'à ce qu'il se produise une distorsion de la forme de la courbe de la tension alternative d'exci- tation. Sous l'effet du champ magnétique continu de la partie de noyau à magnétisme permanent 21, le point de fonctionnement des noyaux de bobines 7 est décalé sur la courbe de magnétisation en fonction de la position de l'élément de commande 20 par rapport à la bobine 8 de sorte que la tension alternative captée présente une asymétrie d'amplitude qui dépend d'une manière très sensible de la position de la partie de noyau 21. Cette asymétrie peut être traitée conformément au principe connu de la "Sonde de FMrster" (sonde électromagnétique, sonde à noyau saturable). Du fait de la grande sensibilité pouvant être ainsi obtenue, la partie de noyau 21 peut être réalisée particulière- ment petite et légère, de sorte que le mouvement à mesurer n'est pas perturbé. La figure 2 montre l'application pratique d'un dispositif conforme à la figure 1, aussi bien le carter 1 que l'élément de commande 20 ayant été représentés sans coupe. Un injecteur 24 se compose essentiellement d'un support 25, d'un corps d'injecteur 26 et d'un écrou - chapeau 27 reliant les deux parties. Entre les parties 25 et 26, il est en outre prévu une. plaque intermédiaire 28 dans laquelle pénètrent d'un côté une tige 29 d'aiguille d'injecteur montée dans le corps 26 et de l'autre côté le poussoir de l'injecteur 24, agencé en tant qu'un élément de commande 20 et guidé dans un trou borgne du support d'injecteur 25. Dans le trou borgne est en outre disposé le carter 1 avec son cable de raccordement 17 sortant du support d'injecteur 25, un ressort de pression 31 étant disposé entre le carter 1 et l'élément de commande 20 (poussoir) de manière à assurer la précontrainte du poussoir en direction de la tige d'aiguille 29 de façon que celle-ci pousse l'aiguille dans sa position de fermeture dans le siège de soupape. Un canal 32 d'admission de carburant commen- çant sur la partie de liaison 25' du support d'injecteur débouche dans un volume de pression situé dans la zone inférieure du corps d'injecteur 26. Lors du déplacement de l'aiguille d'injecteur, par exemple lors de son ouverture, l'élément de commande 20 est déplacé par l'intermédiaire de la tige d'aiguille 29, avec la partie de noyau.21 disposée dans ledit élément, vers e côté frontal inférieur du carter 1, de sorte que le champ magnétique de la partie de noyau 21 à magnétisme permanent modifie la densité de flux magné- tique dans la partie de noyau & magnétisme doux 7 de la partie inférieure de bobine 8 excitée par l'intermé- diaire du câble de raccordement 17, ce qui provoque - comme décrit ci-dessus - une variation de l'induc- tance L de cette partie de bobine 8, cette variation étant exploitée en correspondance pour la mesure de course. Alors que sur la figure 1 l'élément de commande est disposé avec sa partie de noyau 21 à magnétisme permanent en dessous de la partie inférieure de bobine 8 en considérant une direction axiale, il est cepen- dant également possible, conformément à la figure 3 et dans le cadre de conditions déterminées de montage, de le disposer de façon mobile au milieu entre la partie supérieure et la partie inférieure de bobine 8. En outre il est possible, conformément à la figure 4, d'agencer la partie de noyau 21 à magnétisme permanent de l'élément de commande 20 comme un aimant annulaire dans le trou duquel pénètre la bobine 8. Dans le cas d'une bobine 8 se composant de deux parties, l'aimant annulaire doit être placé au milieu de ces deux parties. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif pour la mesure électrique indi- recte, sans contact, de petites courses, notamment pour la mesure de la course et/ou de la position d'aiguilles d'injecteurs de carburant de moteurs à combustion interne, comportant une bobine excitée de forme cylindrique et un élément de commande déplaçable par rapport à la bobine et dans la direction axiale de cette dernière et pourvu d'un noyau magnétique qui, lors de son déplacement, produit une variation de la densité de flux magnétique, cette varia- tion étant utilisée, moyennant un traitement approprié d'une valeur de mesure prise à la bobine, comme mesure de la course à mesurer, caractérisé en ce que la bobine (8) comporte un noyau fixe (7) formé d'un alliage à ma- gnétisme doux et l'élément de commande (20) comporte une partie de noyau (21) à magnétisme permanent qui produit, lors d'un mouvement par rapport à un côté frontal de la bobine, une variation de la densité de flux magnétique dans le noyau à magnétisme doux (7) de la bobine (8) et qui assure, en relation avec la fonction non linéaire B = f(H) de la courbe de magnétisation du noyau (7) de la bobine, une variation de la perméabilité dynamique g(H) = dB/dH et par conséquent de l'inductance L = i(H).N2.A/l de la bobine (8). 2.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le noyau (7) de la bobine (8) est formé d'un alliage amorphe et en ce que la partie de noyau (21) de l'élément de commande (20) est formée d'un alliage cobalt-samarium, d'un matériau ferritique ou d'Alnico (marque déposée). 3.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le noyau (7) de la bobine (8) est agencé comme une bande plate en forme de barrette, est intercalé dans un corps de bobine (2, 3, 4) entouré par la bobine (8) et s'étend approximativement sur la longueur de la bobine (8). 4.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la bobine se compose d'une manière connue de deux parties de bobine (8) disposées de façon décalée dans une direction axiale et isolée et branchées en série en formant une prise centrale (en 13), en ce que chaque partie de bobine (8) comporte une partie de noyau (7) et en ce qu'à l'extrémité de l'une des parties de bobine qui est éloignée de l'élément de commande (20) dans une direc- tion axiale est placée, à une distance fixe de son côté frontal, un aimant de référence (19) correspondant à la partie de noyau (21) à magnétisme permanent de l'élément de commande (20) (Figure 1). 5.- Dispositif selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que la ou les bobines (8) sont consti- tuées d'un fil ayant un faible coefficient de variation de résistance en fonction de la température. 6.- Dispositif selon une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que la ou les bobines (8), le noyau (7) et l'aimant de référence éventuel (1-9) sont disposés dans un carter non magnétique (1) - de préférence de forme cylindrique creuse -, du volume intérieur duquel sort un câble de liaison (17) des bornes d'enroulement (9, 10, 11, 12} de la ou des bobines (8). 7.- Dispositif selon la revendication 6, carac- térisé en ce que le carter (1) est disposé dans un trou borgne (30) d'un support (25) d'un injecteur (24), trou (30) dans lequel pénètre également le poussoir de l'in- jecteur agencé en tant qu'élément de commande (20) avec une partie de noyau à magnétisme permanent (21), le pous- soir étant d'une part espacé élastiquement du carter (1) par l'intermédiaire d'un ressort de pression (31) et étant d'autre part sollicité par l'aiguille (29) de l'injecteur. 8.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la bobine se compose d'une manière connue de deux parties de bobine (8) disposées de façon décalée dans une direction axiale et isolée et branchées en série en formant une prise centrale (en 13), en ce que chaque partie de bobine (8) comporte une partie de noyau (7) et en ce que l'élément de commande (20) est disposé avec sa partie de noyau à magnétisme permanent (21) au milieu entre les deux parties de bobine (Figure 3). 9.- Dispositif selon une des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que la-partie de noyau à magné- tisme permanent (21) de l'élément de commande (20) est agencée sous forme d'un aimant annulaire dans le trou duquel pénètre la bobine (8) (Figure 4).