Brevet FR2594493A1 — publié le 19870821

VANNE ELECTROMAGNETIQUE DE DOSAGE ET D'ATOMISATION D'UN COMBUSTIBLE POUR UN DISPOSITIF D'ALIMENTATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne une vanne électro- magnétique de mesure et d'atomisation du combustible pour un dispositif d'alimentation d'un moteur à combustion interne, ayant pour objet d'introduire dans ledit dispositif des quantités données de carburant finement atomisé pour la formation d'un mélange d'air et de combustible. Des vannes du type mentionné ci-dessus comprennent habituellement un corps sensiblement cylindrique dans lequel est logé un électro-aimant annulaire coaxial avec ce corps; un ajutage ayant un orifice d'arrivée de carbu- rant et installé à l'extrémité avant et coaxial avec ledit corps; et un élément plongeur coulissant dans la direction axiale à l'intérieur dudit corps et dudit ajutage. L'élément plongeur présente une surface active construite dans le but de coopérer avec un siège formé sur l'ajutage, afin de fermer ledit orifice d'arrivée, et des surfaces de guidage sur l'ajutage, pour guider l'élément plongeur pendant son déplacement axial. Le corps de vanne présente un noyau coaxial construit pour exercer une force électro- magnétique sur une garde intégrée à l'élément plongeur, dans le but de contrôler le déplacement de ce plongeur. Une telle force est générée après l'excitation de l'électro- aimant à l'intérieur du corps, lequel présente une paroi latérale cylindrique, une paroi supérieure connectée au noyau, et une paroi intérieure dans laquelle est formé un orifice dans lequel coulisse l'élément plongeur, afin de constituer, pour le flux magnétique créé par ledit aimant, un circuit magnétique sensiblement fermé constitué par lesdites parois, ledit noyau et ladite garde. Des vannes du type décrit brièvement ci-dessus pré- sentent un certain nombre d'inconvénients, qui tendent à s'aggraver pendant le fonctionnement, au point que la vanne devient totalement inutilisable. Premièrement, l'étanchéité entre ladite surface active de l'élément plongeur et le siège -complémentaire formé sur l'ajutage peut être défectueuse étant donné l'adaptation médiocre entre ladite surface et ledit siège du fait que l'élément plongeur et l'ajutage ne sont pas parfaitement coaxiaux. Deuxièmement, l'atomisation du combustible (qui est effectuée principalement par la surface extérieure d'une broche dépassant de l'extrémité inférieure de l'élé- ment plongeur, et par la surface dudit orifice d'arrivée) n'est pas parfaitement régulière, du fait de la forme circulaire imparfaite de l'ouverture annulaire d'arrivée définie entre la broche et l'orifice. Cet inconvénient, résulte aussi d'un défaut de concentricité entre l'élément plongueur et l'ajutage. Finalement, l'action de dosage (qui est aussi effectuée par lesdites surfaces de la broche et de l'orifice) peut différer d'un cycle d'injection à un autre, et ne pas se conformer strictement aux perfor- mances demandées. Tous les inconvénients ci-dessus résultent d'un défaut de concentricité de l'élément plongeur et de l'ajutage, qui se produit à la fois lorsque la vanne est fermée et, plus précisément, pendant le déplacement de l'élément plongeur par rapport à l'ajutage. Une concen- tricité parfaite entre l'élément plongeur et l'ajutage dans toutes les conditions de fonctionnement de la vanne a été jugée irréalisable, même en utilisant des moyens de guidage précis et efficaces pour guider l'élément plon- geur par rapport à l'ajutage. De tels moyens de guidage se composent habituellement de deux jeux de surfaces de guidage espacées le long de l'élément plongeur et cons- truites pour s'adapter, avec un très faible jeu radial, à la surface intérieure de l'ajutage. Même si ledit jeu est presque suffisant pour permettre un glissement axial régulier de l'élément plongeur par rapport à l'ajutage, la concentricité entre lesdits deux composants reste tou- jours moins que parfaite, du fait des composants, de la force électromagnétique générée par l'électro-aimant, perpendiculairement à l'axe de l'élément plongeur. Etant donné les inévitables erreurs d'usinage et d'assemblage, les forces électromagnétiques résultantes qui agissent sur l'élément plongeur, au lieu d'être strictement axiales, présentent des composantes transversales, qui ont tendance à écarter l'élément plongeur du centre, et à donner lieu à des réactions dans les surfaces de guidage entre l'élément plongeur et l'ajutage. Lesdites réactions, à leur tour, entraînent une usure importante des surfaces de guidage de l'élément plongeur, ce qui aboutit à un effet d'excen- trage encore plus grand et, par conséquent, à une augmen- tation des composantes de déséquilibrage de la force électromagnétique. L'excentrage de l'élément plongeur et de l'ajutage a donc tendance à augmenter rapidement et considérablement, du fait que les composantes transver- sales de déséquilibrage responsables de ladite usure augmen- tent aussi considérablement en même temps que l'usure. Le but de la présente invention est de proposer une vanne électromagnétique de dosage et d'atomisation du combustible pour un dispositif d'alimentation de moteur à combustion interne du type mentionné ci-dessus, mais ne présentant aucun des inconvénients ci-dessus, c'est-à- dire une vanne assurant une atomisation et un dosage effi- caces du combustible, une étanchéité efficace entre les surfaces actives de l'élément plongeur et le siège corres- pondant, et qui garantisse que ces performances restent sensiblement inchangées pendant tout le cycle d'utilisation de la vanne. En poursuivant cet objectif, selon la présente inven- tion, il est proposé une vanne électromagnétique de dosage et d'atomisation du combustible pour un dispositif d'alimen- tation de moteur à combustion interne, ladite vanne compre- nant un corps sensiblement cylindrique dans lequel est logé un électroaimant annulaire coaxial avec ce corps; un ajutage comportant un orifice d'arrivée du combustible et installé à l'extrémité avant dudit corps et coaxial avec lui; et un élément plongeur construit pour glisser dans la direction axiale à l'intérieur dudit corps et dudit ajutage, et comportant une surface active qui coopère avec un siège formé sur ledit ajutage afin de fermer ledit orifice d'arrivée, et des surfaces de guidage coopérant avec une surface intérieure dudit ajutage pour guider ledit élément plongeur pendant son déplacement axial; ledit corps présentant un noyau coaxial construit dans le but d'exercer une force électromagnétique sur une garde intégrée audit élément plongeur pour commander le déplacement de ce dernier; et ledit corps présentant une paroi latérale cylindrique, une paroi supérieure reliée audit corps, et une paroi inférieure dans laquelle est formé un orifice au travers duquel coulisse ledit élément plongeur, afin de former, pour le flux magnétique généré par ledit aimant, un circuit magnétique sensiblement fermé comprenant lesdites parois, ledit noyau et ladite garde; caractériséepar le fait que ladite garde présente au moins une saillie annulaire situé sur la face en relation avec ladite paroi inférieure dudit corps et ayant un diamètre extérieur supérieur à celui dudit orifice formé dans ladite paroi inférieure, afin de créer des lignes de flux magné- tique sensiblement axiales entre ladite paroi inférieure et ladite garde. Deux modes de réalisation de la présente invention vont être décrits, à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une coupe axiale d'un premier mode de réalisation de la vanne selon les enseignements de la présente invention; la figure 2 représente une coupe axiale d'un second mode de réalisation de la vanne selon les enseignements de la présente invention. La vanne selon la présente invention est construite pour être installée sur un dispositif d'alimentation d'un moteur à combustion interne, afin d'appliquer un mélange d'air et de carburant à la tubulure du moteur ou directe- ment dans les cylindres de ce moteur. Ladite vanne comprend un corps sensiblement cylin- drique 1 dans lequel est logé un électro-aimant annulaire coaxial 2; un ajutage 3 ayant un orifice d'arrivée de carburant 4, et installé à l'extrémité avant dudit corps 1 et coaxial avec lui; et un élément plongeur 5 construit pour coulisser dans la direction axiale à l'intérieur dudit corps 1 et dudit ajutage 3. Ledit élément 5 présente une surface active 6, coopérant avec un siège 7 formé sur ledit ajutage 3 afin de fermer ledit orifice 4, et une broche 12. L'élément plongeur 5 présente des moyens de guidage constitués de manière convenable par deux jeux de surfaces de guidage 8 coopérant avec une surface interne 9 sur un ajutage 3, afin de guider l'élément plongeur 5 pendant son déplacement axial. Chaque jeu desdites surfaces de guidage se compose de portions de la surface cylindrique définissant extérieurement une saillie annulaire 10, les- quelles portions sont obtenues en aplatissant des portions 11 de ladite saillie 10. Le corps 1 présente un noyau coaxial 14 construit dans le but d'exercer une force électromagnétique sur une garde 15 intégrée à l'élément plongeur 5 afin de con- trôler le déplacement de ce plongeur. Le corps 1 présente de manière convenable une paroi latérale cylindrique 16, une paroi supérieure 17 reliée au noyau 14 et à la paroi latérale 16, et une paroi inférieure 18 dans laquelle est formé un orifice 19 au travers duquel coulisse l'élément plongeur 5, afin de former, pour le flux magnétique généré par l'électro-aimant 2, un circuit magnétique sensiblement fermé comprenant les parois 16, 17 et 18, le noyau 14 et la garde 15. La garde 15 présente au moins une saillie annulaire située sur un côté en relation avec la paroi inférieure 18 et ayant un diamètre extérieur supérieur à celui d'un orifice 19, comme on le voit clairement sur les dessins annexés. La saillie annulaire 20 présente une première surface plane 21 tournée vers la paroi inférieure 18 et perpendiculaire à l'axe de l'élément plongeur 5. Ladite paroi 18, présente à son tour une seconde surface plane 22 tournée vers la saillie annulaire 20 et également perpendi- culaire à l'axe de l'élément plongeur 5. Le flux axial entre les surfaces planes 21 et 22 est tout juste légèrement supérieur à la distance de la course de l'élément plongeur nécessaire à la commutation de la vanne de la position fermée à la position ouverte. La vanne est placée en posi- tion fermée lorsque la surface active 6 de l'élément plon- geur 5 est en contact avec le siège 7 sous l'effet d'un ressort hélicoïdal 23 agissant sur l'extrémité supérieure de l'élément 5. D'autre part, la position ouverte est obtenue quand un collier 24 de l'élément plongeur 5 est en contact avec une rondelle d'arrêt adaptée 25 placée entre le corps 1 et l'ajutage 3. La garde 15 comprend avantageusement une portion tubulaire 27 ayant une surface interne cylindrique dans laquelle est logé un élément plongeur 5, et à partir de laquelle dépasse dans la direction radiale une saillie annulaire 20. Sur le mode de réalisation de la figure 1, le noyau dont la forme est sensiblement tubulaire, est délimité vers la paroi inférieure 18 par une surface plane 28 perpendiculaire à l'axe de la vanne et située sensible- ment dans le même plan que la seconde surface plane 22 de la paroi inférieure 18. Les diamètres intérieur et extérieur du noyau 14 sont de manière convenable sensible- ment égaux à ceux de la portion tubulaire 27 de la garde 15. De plus, comme on le voit nettement sur la figure 1, la surface extérieure du noyau 14 est en pointe vers le bas. Sur le mode de réalisation de la figure 2, le noyau 14 est plus court, et la surface plane 29 qui le limite vers le bas est placée sensiblement à l'intérieur du compar- timent 30 dans lequel est logé l'électro-aimant 2. Dans ce cas, la portion tubulaire 27 de la garde 15, qui est plus longue que celle du mode de réalisation de la figure 1, est agencée face au noyau 14, et les diamètres intérieur et extérieur de la portion tubulaire 27 sont sensiblement égaux à ceux de la portion inférieure du noyau 14. Dans ce cas aussi, la surface extérieure du noyau 14 est conve- nablement en pointe vers le bas. Sur le mode de réalisation de la figure 2, la distance entre les points de la surface extérieure de la portion tubulaire 27 de la garde 15 et les points de la surface de l'orifice 19 dans la paroi inférieure 18 se trouvant sur le même rayon est supérieure à la distance entre les première et seconde surfaces planes 21 et 22 dans la posi- tion de la vanne fermée représentée sur la figure 2. De manière convenable, la distance entre lesdits points est plus du double de la distance entre lesdites surfaces 21 et 22. De plus, le jeu axial admis entre la portion tubulaire 27 de la garde 15 et le noyau 14 est sensiblement égal à la distance entre la surface plane 21 et la garde 15 et entre la surface plane 22 et la paroi inférieure 18. Sur la face opposée à celle de la première surface 21, la saillie annulaire 20 de la garde 15 est convenablement délimitée par une première surface conique 32; et la paroi inférieure 18 du corps 1 est délimitée, sur le côté opposé à celui de la seconde surface plane 22 par une seconde surface conique 33. La vanne selon la présente invention fonctionne de la manière suivante. Lorsque la vanne est en position de repos, un ressort hélicoïdal 23 maintient la surface active 6 de l'élément plongeur 5 contre le siège 7 de l'ajutage 3, afin d'empêcher l'arrivée de combustible par l'orifice.4. Quand l'électro-aimant 2 est excité pour injecter une quantité donnée de combustible atomisé, un flux magné- tique est généré dans le circuit magnétique sensiblement fermé comprenant le noyau 14, la garde 15 et la paroi inférieure 18, la paroi latérale 16 et la paroi latérale 17 du corps 1. En particulier, le flux magnétique entre la paroi inférieure 18 et la garde 15 circule dans une direction sensiblement axiale. En fait, grâce à la saillie annulaire 20 (dont le diamètre extérieur est considéra- blement supérieur au diamètre intérieur de l'orifice 19 de la paroi 18), une trajectoire préférentielle à faible réluctance du flux magnétique est créée entre la portion annulaire la plus extérieure de ladite saillie annulaire et la portion annulaire de la paroi 18 entourant l'orifice 19. Par conséquent, comme on peut le voir nettement sur les dessins annexés, les lignes de flux établies entre lesdites deux portions sont sensiblement axiales et perpen- diculaires aux surfaces planes 21 et 22. La création des- dites lignes de flux dans ladite direction est également aidée par la surface conique 33 de la paroi inférieure 18 et la surface conique 32 de la saillie annulaire 20. La résultante des forces électromagnétiques exercées sur la garde 15, qui est donc sensiblement axiale, fait monter l'élément plongeur 5 en s'opposant à l'action du ressort 23, de façon à ouvrir la conduite de carburant et à permettre au carburant de s'écouler par les orifices radiaux 34 de l'ajutage 3, la chambre annulaire 35 définie entre l'ajutage 3 et l'élément 5, et les passages formés par les portions aplaties 11 sur la saillie inférieure 10 de l'élément 5. Comme, pour les motifs déjà indiqués, ladite résultante ne comporte sensiblement aucune composante transversale, aucune réaction n'étant créée entre les surfaces de guidage 8 et la surface intérieure correspondante 9 de l'ajutage 3. Par conséquent, le glissement axial de l'élément plongeur 5 n'est associé qu'à un très faible frottement coulissant, ce qui permet à la vanne de s'ouvrir extrêmement rapidement. De plus, grâce à l'absence desdites composantes transver- sales, l'élément plongeur 5 reste parfaitement coaxial avec le corps de vanne 1 et l'ajutage 3 pendant son déplace- ment axial. Il s'ensuit donc que la surface active 6 et la surface définissant extérieurement la broche 12 sont maintenues en permanence sensiblement coaxiales avec le siège 7 et la surface de l'orifice 4, en assurant ainsi un dosage et une atomatisation efficaces du combustible. En fait, ces deux fonctions sont connues pour être très influencées par la symétrie des compartiments annulaires définis entre les surfaces de l'élément plongeur 5 et celles de l'ajutage 3 pendant le déplacement de l'élément plongeur par rapport à l'ajutage. Etant donné que pour des motifs déjà indiqués, l'élément plongeur 5 est maintenu en permanence parfaitement coaxial avec l'ajutage 3, la dimension desdits compartiments reste sensiblement inchangée dans tout plan méridien de la vanne. De plus, étant donné l'absence totale d'une quelconque réaction entre les surfaces de guidage 8 de l'élément plongeur 5 et la surface 9 de l'ajutage 3, il n'y-a sensi- blement aucune usure créée entre lesdites surfaces complé- mentaires, et les performances de la vanne en fonctionnement restent sensiblement inchangées au cours du temps. Il sera évident pour les spécialistes de la technique que des modifications peuvent être apportées à la forme et à l'agencement des parties composantes de la vanne qui ont été décrites et illustrées ici sans, toutefois, s'écarter de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Vanne électromagnétique de dosage et d'atomisation du combustible pour un dispositif d'alimentation de moteur à combustion interne, ladite vanne comprenant un corps sensiblement cylindrique (1) dans lequel est logé un électro-aimant annulaire (2) coaxial avec le corps; un ajutage (3) comportant un orifice d'arrivée du combustible (4) et installé à l'extrémité avant dudit corps et coaxial avec lui; et un élément plongeur (5) construit pour cou- lisser dans la direction axiale à l'intérieur dudit corps et dudit ajutage, et ayant une surface active (6) coopérant avec un siège (7) formé sur ledit ajutage pour fermer ledit orifice d'arrivée, et des surfaces de guidage (8) coopérant avec une surface intérieure (9) dudit ajutage pour guider ledit élément plongeur au cours de son dépla- cement axial; ledit corps présentant un noyau axial (14) construit pour exercer une force électromagnétique sur une garde (15) intégrée audit élément plongeur afin de contrôler le déplacement de ce plongeur; et ledit corps présentant une paroi latérale cylindrique (16), une paroi supérieure (17) connectée audit noyau, et une paroi infé- rieure (18) dans laquelle est formé un orifice (19) au travers duquel coulisse ledit élément plongeur, afin de former, pour le flux magnétique généré par ledit aimant, un circuit magnétique sensiblement fermé constitué par lesdites parois, ledit noyau et ladite garde; caractérisée par le fait que ladite garde présente au moins une saillie annulaire (20) située du côté en relation avec ladite paroi inférieure dudit corps et ayant un diamètre extérieur supérieur à celui dudit orifice formé dans ladite paroi inférieure, afin de créer des lignes de flux magnétique sensiblement axiales entre ladite paroi inférieure et ladite garde. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite saillie annulaire de ladite garde présente une première surface plane (21) tournée vers ladite paroi inférieure dudit corps et perpendiculaire à l'axe dudit élément plongeur, et que ladite paroi infé- rieure dudit corps présente une seconde surface plane (22) tournée vers ladite saillie annulaire et également perpendiculaire à l'axe dudit élément plongeur; le jeu axial entre ladite première et ladite seconde surface plane étant légèrement supérieur à la distance de la course que doit effectuer ledit élément plongeur pour commuter la vanne de la position fermée à la position ouverte. 3. Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisée par le fait que ladite garde comprend une portion tubulaire (27), dans la surface intérieure de laquelle est logé ledit élément plongeur et à partir duquel dépasse ladite saillie annulaire dans la direction radiale. 4. Vanne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit noyau a une forme sensi- blement tubulaire et qu'il est défini, vers le fond de la vanne, par une surface plane (28) perpendiculaire à l'axe de la vanne et situé sensiblement dans le même plan que ladite seconde surface plane de ladite paroi inférieure dudit corps. 5. Vanne selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le diamètre intérieur dudit corps est sensible- ment égal à celui de ladite portion tubulaire de ladite garde, et que le diamètre extérieur dudit noyau diminue vers le bas. 6. Vanne selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- tériséepar le fait que ledit noyau a une forme sensiblement tubulaire et qu'il est délimité, vers le bas de la vanne, par une surface plane (29) perpendiculaire à l'axe de la vanne et située à l'intérieur du compartiment (30) dudit corps logeant ledit électro-aimant; ladite portion tubulaire de ladite garde faisant face audit noyau, et les diamètres intérieur et extérieur de ladite portion tubulaire étant sensiblement égaux à ceux du fond dudit noyau; la surface extérieure dudit noyau étant en pointe vers le bas. 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée par le fait que la distance entre les points de la surface extérieure de ladite portion tubulaire de ladite garde et les points de la surface dudit orifice ménagé dans ladite paroi inférieure se trouvant sur le même rayon est supérieure à la distance entre ladite première et ladite seconde surface plane quand la vanne est fermée. 8. Vanne selon la revendication 7, caractérisée par le fait que la distance entre lesdits points est supérieure au double de la distance entre lesdites surfaces. 9. Vanne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que, sur la face opposée à celle de ladite première surface plane, ladite saillie annulaire de ladite garde est délimitée par une première surface conique (32), et que ladite paroi infé- rieure dudit corps est délimitée, sur la face opposée à celle de la seconde surface plane par une seconde surface conique (33).