Brevet FR2593555A1 — publié le 19870731

- 1 - L'invention concerne des actionneurs électromagnétiques, en particulier, mais non exclusivement, des actionneurs pour effectuer le déplacement d'un composant faisant partie du système d'alimentation de carburant d'un moteur à combustion interne. Dans une application de l'actionneur, l'actionneur est utilisé pour faire varier l'ajustage d'une tige de commande de la quantité de carburant d'une pompe d'injection de carburant d'un moteur à allumage par compression. Dans une autre application, l'actionneur est utilisé pour commander l'ajustage d'une soupape qui fait partie du système global d'alimentation de carburant d'un moteur à allumage par étincelle, la soupape étant montée en parallèle avec la soupape d'étrangiement d'air normale. On connait divers types d'actionneurs électromagnétiques. Générale- ment, les actionneurs électromagnétiques fournissent une force d'action- nement lorsque du courant traverse l'enroulement, la force provoquant le déplacement d'un élément de l'actionneur jusqu'à une butée de limitation, l'élément retournant dans sa position initiale sous l'action d'un ressort lorsque le passage du courant à travers l'enroule- ment est interrompu. Le champ magnétique est modifié par le déplacement de l'élément ou induit et l'altération du circuit magnétique provoque une variation considérable de la force électromagnétique pour un court déplacement de l'induit. Etant donné qu 'afin de déplacer l'induit mobile, la force électromagnétique doit vaincre l'opposition du ressort de rétablissement, les actionneurs électromagnétiques possédant ces caractéristiques ne présentent que deux positions stables disponi- bles pour l'induit mobile. Afin d'éviter une modification substantielle du circuit magnétique pendant le déplacement de l'induit et d'obtenir ainsi une force d'actionnement théoriquement constante, il existe des actionneurs électromagnétiques dont l'enroulement et l'induit présentent une longueur qui est nettement plus élevée que le diamètre de cet induit. Toutefois, la force électromagnétique qui peut être obtenue en utilisant ces dimensions est faible et inadéquate pour certains objectifs d'actionnement. L'invention a pour objectif de proposer un actionneur électromagné- tique ayant une forme simple et pratique. Conformément à l'invention, un actionneur électromagnétique comprend un corps creux définissant une chambre allongée, un élément de noyau s'étendant dans une chambre, cet élément de noyau ayant un surface tronconique à l'intérieur de la chambre, un induit coulissant à l'intérieur de la chambre, la surface d'extrémité de l'induit qui est présentée à l'élément de noyau ayant une forme complémentaire de celle de l'élément de noyau, l'élément de noyau et la partie formant le corps d'un circuit magnétique qui comprend également l'induit et l'entrefer entre l'induit et l'élément de noyau et l'entre- fer entre l'induit et le corps, et la surface latérale de l'induit au moins au-dessus de la partie d'extrémité de cet induit éloignée de l'élément de noyau étant d'une forme effilée, un enroulement qui, lorsqu'il est énergisé, induit un flux magnétique qui s'écoule dans le circuit magnétique et des moyens élastiques pour un déplacement opposé de l'induit vers l'élément de noyau sous l'action du flux magnétique. Le dispositif constituant l'objet de la présente invention a été conçu afin de perfectionner la caractéristique force/déplacement et de plus, pour obtenir d'autres avantages qui vont apparaître aux spécialistes, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'induit fixe est pourvu, sur un de ses côtés, d'une forme tronconique, que l'induit mobile présente, sur sa plus grande base, une cavité tronco- nique qui est complémentaire du côté de l'induit fixe sur lequel l'induit mobile vient s'appuyer après son déplacement, et en ce que l'induit mobile est conçu sous la forme d'un corps de révolution -3 - ayant une génératrice courbe, concave, faisant varier avec son déplace- ment la distance entre un point de la bobine et l'induit mobile afin que, au moyen de cet agencement, la force électromagnétique soit équilibrée, en n'importe quelle point du déplacement de l'induit mobile entre les positions éloignées et proches de l'induit fixe, par la force du ressort opposée et que l'induit mobile puisse être posi- tionné en n'importe quel point de ce déplacement. Dans les dessins annexés, les figures représentent: Figure 1: une vue plan de côté, en Coupe, d'un actionneur électro- magnétique selon l'invention, Figure 2: une représentation graphique du rapport force/déplace- ment dans laquelle les courbes caractéristiques des divers actionneurs électromagnétiques sont représentées et Figures 3, 4 et 5: des vues plan de côté, en coupe, représentant des modifications de l'actionneur de la figure 1. Pour faciliter la description des exemples, les parties constitu- tives de l'actionneur ayant les mêmes fonctions sont désignées par les mêmes indices numériques sur les différentes figures. L'actionneur électromagnétique 1 de la figure 1 comprend un corps 2 en forme de coupelle constitué par un matériau magnétique à l'intérieur duquel est montée une armature 3 de bobine isolante en plastique ou autres, qui porte un enroulement 4 en fil de cuivre. Un capuchon creux 5 constitué par un matériau magnétique ferme l'extré- mité ouverte du corps 2 et peut être fixé en utilisant un filetage. Le capuchon est situé à l'intérieur du corps et est engagé dans l'armature de bobine 3 et pousse celle-ci contre la paroi de base du corps 2,et cette partie du capuchon à l'intérieur du corps présente une épaisseur substantielle. Une garniture 6 assure l'étanchéité entre le capuchon et le corps et un élément de noyau magnétique 7 est ajusté dans l'ouverture de la base du corps 2 et présente un goujon qui est utilisé pour fixer le corps 2 au corps 8 d'une pompe d'injection 9. L'élément de noyau 7, sur son côté éloigné de la pompe d'injection 9, présente une surface 10 de forme tronconique. L'induit 12 de l'actionneur est monté sur une extrémité de la tige de commande 11 de la pompe d'injection 9 au moyen d'une douille -4 - 13 en matériau non magnétique qui est ajustée par pression dans l'induit 12. L'extrémité de la tige de commande 11 est pourvue d'un filetage pour recevoir un écrou 14 de blocage, non magnétique, qui presse la douille contre un épaulement de la tige de commande. Une rondelle 15 est disposée sous l'écrou qui est également pourvu d'une rondelle 16 de blocage. L'écrou est en partie enfoncé dans l'induit. L'élément de noyau 7 présente une ouverture centrale 17 qui présente une douille 18 en matériau résistant à l'usure tel que du bronze et cette douille est maintenue en position au moyen d'un circlip. Ce support de la tige de commande 11 permet de s'exonérer d'un support sur la pompe d'injection et permet ainsi une structure plus compacte de cette pompe. Entre l'élément de noyau 7 et l'induit 12, ou plus précisément entre les douilles 18 et 13, se trouve incorporé un ressort de compression hélicoïdal 20 qui s'oppose au déplacement de l'induit vers l'élément de noyau. L'agencement du ressort 20 autour de la tige de commande 11 permet une exploitation optimale de l'espace disponible à l'intérieur de l'actionneur électromagnétique 1, réduisant ainsi les coûts de construction de cet actionneur. Le flux magnétique engendré par le passage du courant électrique à travers l'enroulement 4 s'écoule à travers l'induit 12, l'élément de noyau 7, le corps 2, le capuchon 5 et les entrefers compris entre ces composants. La force électromagnétique ainsi engendrée déplace l'induit 12 de la position indiquée en pointillé sur la figure 1, dans laquelle l'induit est écarté du capuchon par une partie en saillie de l'écrou, vers la position représentée en trait plein. L'induit 12 est pourvu, côté pompe, d'une cavité ayant une surface 21 tronconique, complémentai- re de la surface 10 de l'élément de noyau 7. L'angle de conicité de cette surface joue un r8le décisif dans l'influence sur le comporte- ment de l'actionneur 1, du fait qu'un angle de conicité plus grand produit une plus grande efficacité pour un plus faible déplacement. En sélectionnant l'angle de conicité le plus élevé, compatible avec le trajet nécessaire pour la tige de commande 11, on obtient une courbe 1 représentée en figure 2, qui montre que la force atteint un niveau élevé lorsque l'induit et l'élément de noyau sont proches, le trajet étant très court, la force diminuant brusquement lorsque l'induit se sépare de l'élément de noyau. La courbe I correspond donc aux actionneurs électromagnétiques décrits précédemment, ayant deux positions stables. De même, les actionneurs de faible diamètre par rapport à leur longueur présentent une courbe caractéristique représentée en II sur la figure 2, c'est- à-dire qu'ils produisent une force électromagnétique en principe constante pendant le déplacement de l'induit. Cette force est trop faible pour l'actionnement de la tige de commande 11 d'une pompe d'injection. L'induit 12 de l'actionneur 1 selon l'invention est conçu sous la forme d'un corps de rotation ayant une génératrice courbe concave et sa surface latérale 22 est conçue de façon que la séparation entre cette surface et le capuchon varie avec le déplacement de l'induit mobile 12. De cette façon, un profil de la surface latérale 22 peut être conçu de façon à obtenir une courbe III qui est plus plate que la courbe I correspondant à une surface latérale cylindrique. La variation de la force électromagnétique est ainsi modérée et en sélectionnant des dimensions appropriées pour le ressort d'opposition , il est possible d'équilibrer le ressort et les forces magnétiques, et de positionner l'induit mobile 12 et donc la tige de commande 11 d'une manière stable, en n'importe quel point du trajet de l'induit mobile 12 entre les positions la plus éloignée et la plus proche de l'élément de noyau 7. L'actionneur électromagnétique 1 représenté en figure 3 est pourvu d'un capuchon 5 en matériau non magnétique tel que du plastique> et un anneau 23 en matériau ferromagnétique est prévu et disposé entre le capuchon 5 et l'armature 3 de bobine, en contact avec la surface intérieure du corps. Avec cet agencement, le flux magnétique est en principe confiné à l'intérieur de l'anneau 23, ce qui laisse libre la surface intérieure du capuchon 5 et tout l'espace entre la surface et l'induit. Sur la figure 4, la surface intérieure du capuchon est garnie d'un détecteur 24 de type condensateur dont la capacité varie en fonction de la position de l'induit. Dans l'agence- - 6 - ment selon la figure 5, le capuchon 5 porte un détecteur 26 de type inducteur. Les signaux fournis par les détecteurs peuvent être réintro- duits dans l'unité de commande qui n'est pas décrite mais qui agit de façon à commander le débit de courant dans l'enroulement 4 pour déplacer la tige de commande 11 et faire varier l'état de fonctionnement du moteur. Il est à noter que dans les exemples des figures 4 et , le capuchon définit un arrêt pour l'engagement par l'écrou qui est enfoncé dans l'induit. Dans l'agencement représenté en figure 6, l'actionneur 1 représenté en figure 1 est fixé à la partie 27 de corps principal d'une soupa- pe de commande d'air désignée globalement par 28. La soupape 28 est montée en fonctionnement en parallèle avec une soupape d'étrangle- ment d'air à commande manuelle d'un moteur à injection de carburant à allumage par étincelle, la soupape permettant une évacuation contrô- lée de l'air dans certaines conditions de fonctionnement du moteur. Le corps principal 27 de la soupape définit une chambre de soupape 28A aux extrémités opposées de laquelle sont disposés des logements annulaires 29, 30, et la chambre communique avec une sortie 31. Le corps 27 définit également une chambre d'entrée 32 qui est disposée sur le côté du logement 29 éloigné de la chambre 28A et la chambre d'entrée communique avec une entrée 33. Un prolongement 34 creux est fixé à l'extrémité du corps principal 27 qui est éloigné de l'actionneur, l'extrémité ouverte de ce prolongement étant fermée par un capuchon 36 qui est maintenu dans sa position par un organe de retenu en forme de coupelle. Le prolongement et le capuchon définis- sent une chambre d'équilibrage 37 qui communique avec la chambre d'entrée 32 au moyen d'un ou de plusieurs passages axiaux 38 définis dans le corps principal. Des organes de soupape 39, 40 sont disposés dans les chambres 28A et 37, respectivement, les organes de soupape étant portés par une tige 41 qui est soutenue à une extrémité, en coulissement, par un goujon tubulaire 41 formé intégralement avec le capuchon 36. A son autre extrémité, la tige est raccordée à l'induit 12 de l'action- neur 1 de la même façon que la tige de commande. Les organes de soupape 39, 40 définissent des surfaces coniques présentées vers -7- les logements et les superficies de base des organes de soupape et leurs sièges sont substantiellement égaux, de sorte que, dans la position fermée de la soupape qui est obtenue au moyen d'un ressort de compression hélicoidal 43 disposé entre l'organe de soupape 40 et le capuchon 36, les organes de soupape et la tige sont pratiquement équilibrés en pression. Lorsque l'enroulement de l'actionneur 1 est énergisé, les organes de soupape vont se déplacer contre l'action du ressort 43 et du ressort de l'actionneur, vers la position complète- ment ouverte, l'air provenant de la chambre d'entrée s'écoulant directement dans la chambre de soupape 28Ajet indirectement, à travers le ou les passages 38 et la-chambre d'équilibrage. REVENDICA T I ONS 1) Actionneur électromagnétique, en particulier mais non exclusivement, pour l'utilisation dans un système d'alimentation de carburant d'un moteur, l'actionneur étant caractérisé en ce qu'il comprend un corps creux (2) définissant une chambre de forme allongée, unélément de noyau (7) s'étendant dans cette chambre, l'élément de noyau ayant une surface tronconique à l'intérieur de la chambre, un induit (12) pouvant coulisser dans la chambre, la surface d'extrémité de l'induit (12) qui est tourné vers l'élément de noyau (7) ayant une forme complémentaire de celle de la surface d'extrémité de l'élément de noyau (7), l'élément de noyau (7) et le corps (2) faisant parties d'un circuit magnétique qui comprend également l'induit (12) et l'entrefer entre l'induit et l'élément noyau (7) et l'entrefer entre l'induit (12) et le corps (2), et dont la surface latérale éloignée de l'élément de noyau (7) présente une forme effilée, un enroulement (4) qui, lorsqu'il est énergisé, induit l'écoulement d'un flux magnétique dans le circuit magnétique, et des moyens élastiques pour s'opposer au déplacement de l'induit (12) vers l'élément de noyau (7) sous l'action du flux magnétique. 2) Actionneur selon la revendication 1, comprenant une tige d'actionnement (11) reliée à l'induit (12) et une douille montée à l'intérieur de l'ouverture (17) dans l'élément de noyau.(7), la douille agissant de façon à porter la tige (11) et l'induit (12) dans un déplacement axial. 3) Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige (11) est fixée à l'induit (12) au moyen d'un manchon (13) constitué par un matériau non magnétique qui est fixé à l'intérieur de l'induit (12). 4) Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens élastiques ont la forme d'un ressort hélicoidal (20) qui entoure la tige (11). A 2593555 ) Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (2) présente une forme de coupelle, l'élément de noyau (7) ayant un goujon qui fait saillie à travers une ouverture de la paroi de base du corps (2). 6) Actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le goujon est utilisé pour fixer l'actionneur (1) à un corps (8) faisant partie d'un dispositif à actionner. 7) Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un capuchon (5) constitué par un matériau magnétique et qui sert à fermer l'extrémité du corps (2) éloignée de l'élément de noyau (7). 8) Actionneur selon la revendication 1, comprenant un anneau (23) constitué par un matériau magnétique, l'anneau (23) étant monté à l'intérieur du corps (2) dans une position éloignée de l'élément de noyau (7), cet anneau (23) faisant partie du circuit magnétique entre le corps (2) et l'induit (12). 9) Pompe d'injection de carburant pour alimenter en carburant un moteur à combustion interne, caractérsiée en ce qu'elle comprend un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. ) Soupape de commande d'un fluide destinée à l'utilisation dans un système d'alimentation de carburant d'un moteur, caractérisée en ce qu'elle comprend un actionneur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.