Brevet FR2660018A1 — publié le 19910927

Injecteur électromagnétique La présente invention concerne un injecteur élec- tromagnétique destiné à introduire du combustible dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne et équipé d'une soupape doseuse de combustible actionnée par une armature, qui est déplacée à l'encontre de la force d'un ressort sous l'effet d'une force magnétique, et d'un dispositif de pulvérisation réalisé sous la forme d'un reniflard et faisant saillie dans la tubulure d'aspiration. Un injecteur de ce genre est décrit par exemple dans la Demande de brevet allemand publiée Al 2501283 et y est destiné à assurer, grâce à la présence d'une soupape doseuse et d'un dispositif de pulvérisation monté en aval de cette dernière, un dosage exact et une préparation cor- recte du combustible. Ceci paraît certes être assuré pour un seul in- jecteur mais dès que plusieurs injecteurs sont utilisés il se produit des écarts d'un exemplaire à l'autre par suite desquels, dans le cas d'un moteur à combustion interne polycylindre, des quantités inégales de combustible sont injectées dans la tubulure d'aspiration et il risque de se produire une combustion inégale qui a notoirement pour con- séquence de rendre les gaz d'échappement toxiques. En partant de cet état de la technique, la pré- sente invention a pour but de réaliser l'injecteur indiqué ci-dessus de telle manière que des écarts entre différents exemplaires d'injecteur restent sans effet sur le régime de fonctionnement du moteur ou ne se produisent pas du tout. Ce but est atteint, pour un injecteur électroma- gnétique destiné à introduire du combustible dans la tubu- lure d'aspiration d'un moteur à combustion interne et équipé d'une soupape doseuse de combustible actionnée par une armature, qui est déplacée à l'encontre de la force d'un ressort sous l'effet d'une force magnétique, et d'un dispositif de pulvérisation réalisé sous la forme d'un reniflard et faisant saillie dans la tubulure d'aspiration, selon l'invention par le fait qu'entre la soupape doseuse et le dispositif de pulvérisation est monté un système de mesure de débit qui est constitué par un cylindre mesureur, un piston libre et un système détecteur de la course du piston libre. Dans une forme de réalisation préférée de l'in- vention la soupape doseuse de combustible présente une première position de service, dans laquelle une partie du cylindre mesureur disposée d'un côté du piston libre et communiquant avec le dispositif de pulvérisation est en communication avec un système d'amenée de combustible, et une autre partie du cylindre mesureur disposée de l'autre côté du piston libre est en communication avec un système d'évacuation de combustible, et une seconde position de service dans laquelle la partie du cylindre mesureur citée en dernier communique avec le système d'amenée de combusti- ble et la partie du cylindre mesureur citée en premier ne communique pas avec le système d'amenée de combustible. Dans cette forme de réalisation il peut avanta- geusement être prévu que la soupape doseuse de combustible présente un organe obturateur qui, actionné par l'armature ou réalisé en tant qu'armature et percé axialement, coopère par l'une de ses faces frontales avec une surface d'étan- chéité et agit avec un collet sur une plaquette obturatrice d'un canal de communication de façon à commander les commu- nications entre le système d'amenée de combustible et la partie du cylindre mesureur citée en premier et, par son autre face frontale, coopère avec un siège plat et commande la communication entre une chambre de décharge communiquant avec le système d'évacuation de combustible, ou la chambre de compression, et ladite autre partie du cylindre mesu- reur, tandis qu'il existe entre les deux parties citées du cylindre mesureur un canal de dérivation qui s'ouvre, dans la position de point mort du piston libre, à condition que la chambre de compression et la partie du cylindre mesureur qui est en communication avec le dispositif de pulvérisa- tion communiquent entre elles. Dans une variante de cette forme de réalisation le canal de dérivation est ménagé dans le piston libre et présente une soupape à pression différentielle, la position de point mort étant définie par une saillie formant butée (verrouillage mécanique) Dans une autre variante le canal de dérivation est ménagé dans la paroi de l'injecteur et définit la position de point mort en cas d'ouverture par le piston libre (verrouillage hydraulique). Une caractéristique avantageuse de l'invention consiste en ce que le canal de communication précité est étranglé par rapport audit canal de dérivation. Dans la seconde position de service précitée de la soupape doseuse de combustible le canal de dérivation ménagé dans la paroi de l'injecteur est avantageusement fermé par l'une des faces frontales de l'organe obturateur. Le système détecteur de la course du piston libre fonctionne avec un rayon laser, des ultrasons, par induc- tion ou capacité. L'invention est expliquée plus en détail ci- dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annexé sur lequel: la figure 1 montre schématiquement la construc- tion d'un injecteur selon l'invention en combinaison avec un système d'amenée et d'évacuation de combustible; et la figure 2 représente une autre forme de réali- sation de l'injecteur de la figure 1. La figure 1 montre, en coupe, un injecteur élec- tromagnétique 1 constitué par une soupape doseuse de com- bustible 2, qui est montée dans une chambre de compression 4 communiquant avec un système d'amenée de combustible 3 et présente une armature 6 servant d'organe obturateur 5 et qui peut être déplacée à l'encontre de la force d'un res- sort par un système électromagnétique 7 A son extrémité faisant saillie dans une tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne l'injecteur 1 comporte un dispositif de pulvérisation 9 réalisé sous la forme d'un reniflard 8. Dans un conduit 10 prévu entre la soupape doseuse 2 et le dispositif de pulvérisation 9 est monté un système de mesu- re de débit de combustible 11, qui est constitué par un cy- lindre mesureur 12 disposé à l'intérieur du conduit 10 ain- si que par un piston libre 13, le déplacement du piston li- bre 13 étant détecté par un système de détection de course 14 qui opère avec un rayon laser, des ultrasons, par induc- tion ou capacité et dont les valeurs sont traitées dans un appareil de commande associé au moteur à combustion inter- ne. L'armature 6 ou l'organe obturateur 5, reçu dans un guide d'armature 15, est percé axialement et pénètre avec une extrémité dans la chambre de compression 4 et avec son autre extrémité dans une chambre de décharge 16 qui (par l'intermédiaire de conduits) communique avec un systè- me d'évacuation de combustible 17, lequel aboutit au réser- voir de combustible. L'organe obturateur 5 présente un collet 18 sol- licité par un ressort, de sorte que l'organe obturateur 5 est appuyé avec une face frontale 19 contre un siège plat , fermant ainsi le conduit 10 de façon étanche par rap- port à la chambre de décharge 16 L'extrémité faisant saillie dans la chambre de compression 4 coopère par une autre face frontale 21 avec une surface d'étanchéité 22 d'une saillie cylindrique lorsque les forces magnétiques sont effectives, de telle sorte qu'une plaquette obtura- trice 23 sollicitée par un ressort est soulevée par un au- tre collet 24 de l'organe obturateur 5 et un canal de com- munication 25 s'ouvre vers la chambre de compression 5 alors que le canal ménagé dans l'organe obturateur 5 se trouve fermé en direction de la chambre de compression 4. Le piston libre 13 divise le cylindre mesureur 12 en une partie de cylindre 26, qui communique avec le canal de communication 25 et le dispositif de pulvérisation 8, 9, et une partie de cylindre 27, laquelle communique soit avec la chambre de décharge 16, soit avec la chambre de compres- sion 4 selon que l'organe obturateur 5 occupe l'une ou l'autre des deux positions de service possibles Le piston libre 13 présente un canal de dérivation 28 avec une soupa- pe à pression différentielle 29 La position de point mort supérieur du piston libre 13 est définie par une saillie 30 formant butée Le canal de communication 25 comporte une partie étranglée 31. La figure 2 montre, en tant qu'autre variante, la disposition du canal de dérivation dans la paroi de l'in- jecteur, le canal de dérivation 28 ' étant, dans la seconde position de service de l'organe obturateur 5, fermé par rapport à la chambre de décharge 16 par la surface frontale 19 de l'organe obturateur 5 ou bien, comme représenté en pointillé, pouvant déboucher dans la partie 27 du cylindre mesureur Lorsque le canal de dérivation 28 ' s'ouvre dans la partie 27 du cylindre mesureur du fait du piston libre 13 celui-ci se trouve verrouillé par voie hydraulique, ce dont il sera question plus en détail dans la description suivante du fonctionnement. En cas d'utilisation de l'injecteur 1 selon l'invention dans un moteur à combustion interne comportant plusieurs cylindres chaque tubulure d'aspiration conduisant aux cylindres est équipée d'un injecteur 1, permettant ain- si d'obtenir une injection séquentielle et sélective rap- portée à l'ordre d'allumage et qui est commandée par l'ap- pareil de commande électronique précité selon un programme préétabli Le système d'amenée de combustible 3 est consti- tué par une pompe à combustible, un régulateur de pression et un canal de retour au réservoir de combustible (non représenté) et prépare dans la chambre de compression 4 du combustible soumis à une pression préétablie. L'appareil de commande électronique délivre aux différents injecteurs un signal de commande qui est appli- qué au système électromagnétique 7. Dans la forme de réalisation représentée de l'in- jecteur 1, qui est l'une parmi différentes formes de réali- sation pouvant être envisagées dans le cadre de l'inven- tion, l'injection dans la tubulure d'aspiration s'effectue toujours lorsque le système électromagnétique 7 se trouve hors circuit, comme représenté sur la figure 1. Dans cette phase le canal de communication 25 et le canal de dérivation 28 sont fermés et la partie 27 du cylindre mesureur est soumise à la pression du combustible se trouvant dans la chambre de compression 4 Cette pres- sion charge le piston libre 13 de sorte que celui-ci exerce une pression sur le combustible contenu dans la partie 26 du cylindre mesureur Etant donné que ce combustible ne peut pas s'évacuer en passant par le canal de communication ou de dérivation fermé, la pression augmente jusqu'à une valeur pour laquelle le reniflard s'ouvre A partir de cet instant la pression dans la partie 26 du cylindre mesureur n'augmente plus de sorte que la quantité de combustible amenée dans la partie 27 du cylindre mesureur ne conduit à aucune élévation de pression mais pousse le piston libre 13 hors de sa position de repos et dans la partie 26 du cylin- dre mesureur. Le piston libre 13 est avantageusement réalisé dans une matière présentant la même densité que celle du combustible et n'occasionne lors du déplacement pas de fuites notables puisqu'il ne peut exister aucune différence de pression entre les parties 26 et 27 du cylindre mesu- reur La quantité de combustible qui lors du déplacement du piston libre 13 est refoulée dans la partie 26 du cylindre mesureur correspond à la course effectuée par le piston libre 13. Cette course est à présent déterminée en perma- nence par le système détecteur de course 14 et est amenée en tant que signal à l'appareil de commande et évaluée dans celui-ci jusqu'à ce que la quantité de combustible à injec- ter préétablie soit atteinte, après quoi un signal est dé- livré au système électromagnétique 7. De ce fait l'armature 6 ou l'organe obturateur 5 (en vue d'être amené dans une première position de service) est déplacé à l'encontre de la force d'un ressort et poussé avec la face frontale 21 contre la surface d'étanchéité 22 de la saillie cylindrique, permettant ainsi en même temps au collet 24 de soulever la plaquette obturatrice 23 et à la face frontale 19 de l'organe obturateur 5 de libérer le siège plat 20, de sorte que la partie 26 du cylindre mesu- reur communique avec la chambre de compression 4, et la partie 27 du cylindre mesureur communique avec la chambre de décharge 16. Lorsque la partie 27 du cylindre mesureur s'ouvre dans la chambre de décharge 16, laquelle communique avec le système d'évacuation de combustible 17 o règne une pres- sion inférieure à celle de la chambre de compression 4 et à la pression d'ouverture du reniflard 8, la pression dans la partie 26 chute brusquement de sorte que le reniflard 8 se ferme A partir de la chambre de compression 4 du combusti- ble est à présent refoulé par l'intermédiaire du canal de communication ouvert 25 dans la partie 26 de sorte que le piston libre 13 se trouve chargé et se déplace en direction de la partie 27 communiquant avec la chambre de décharge 16 jusqu'à ce que le piston libre 13 bute contre la saillie formant butée 30, ce qui définit sa position de point mort. Du fait que la pression dans la partie 26 augmente à pré- sent à nouveau la soupape à pression différentielle 29, dont la pression d'ouverture est inférieure à celle du re- niflard 8, s'ouvre dans cette position de point mort du piston libre, de sorte que du combustible peut s'écouler de la chambre de compression 4, en passant par le canal de dé- rivation 28 ménagé dans le piston libre 13, dans la chambre de décharge 16 et rince ainsi l'injecteur 1 de sorte que du combustible chaud et des bulles de vapeur, éventuellement formées, peuvent être évacués par l'intermédiaire du sys- tème d'évacuation de combustible 17. Dans la forme de réalisation de la figure 2 le canal de dérivation est disposé dans la paroi de l'injec- teur Lorsque le piston libre 13 est chargé par la pression croissante et se déplace le canal de dérivation 28 ' s'ouvre de sorte que la pression chute brusquement et le déplace- ment prend fin, la position de point mort étant ainsi at- teinte et verrouillée par voie hydraulique Etant donné que le canal de communication 25 est étranglé par rapport au canal de dérivation 28 ' par la partie étranglée 31, il s'établit dans les deux formes de réalisation dans cette phase une pression qui est inférieure à la pression d'ou- verture du reniflard 8. Si à présent, la position de point mort du piston libre ayant été atteinte, le système électromagnétique 7 est mis hors circuit par un signal de l'appareil de comman- de, alors le fonctionnement selon la seconde position de service, comme décrit plus haut, reprend. Les avantages de la présente invention sont ré- sumés ci-dessous. L'injecteur selon l'invention permet, par déter- mination de la valeur effective de la quantité de combusti- ble à injecter s'écoulant à travers l'injecteur, de respec- ter rigoureusement la quantité de combustible nominale pré- établie. Des facteurs perturbateurs connus qui exerçaient jusqu'à présent une forte influence, à savoir le vieillis- sement, l'usure, des dépôts, etc, n'exercent à présent aucune ou peu d'influence sur les conditions d'injection. En cas d'utilisation de plusieurs injecteurs des écarts entre différents exemplaires d'injecteur observés jusqu'à présent n'ont que peu d'influence et restent à présent dans les limites de ce qui est dû au système de détection de course Par le rinçage de l'injecteur au cours des phases sans injection on obtient que l'échauffement du combustible accompagné de la formation de bulles de vapeur en cours de fonctionnement du moteur ne puisse plus se produire L'uti- lisation de l'injecteur selon l'invention permet à un mo- teur à combustion interne, par exemple dans des véhicules routiers, de fonctionner sans incidents, économiquement et de façon à ne dégager que peu de matières nocives. REVENDICATIONS 1 Injecteur électromagnétique destiné à introduire du combustible dans la tubulure d'aspiration d'un moteur à combustion interne et équipé d'une soupape doseuse de com- bustible actionnée par une armature, qui est déplacée à l'encontre de la force d'un ressort sous l'effet d'une force magnétique, et d'un dispositif de pulvérisation réa- lisé sous la forme d'un reniflard et faisant saillie dans la tubulure d'aspiration, caractérisé en ce qu'il est monté entre la soupape doseuse ( 2) et le dispositif de pulvérisa- tion ( 9) un système de mesure de débit ( 11) qui est consti- tué par un cylindre mesureur ( 10), un piston libre ( 13) et un système ( 14) détecteur de la course du piston libre. 2 Injecteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la soupape doseuse de combustible ( 2) pré- sente une première position de service, dans laquelle une partie ( 26) du cylindre mesureur disposée d'un côté du piston libre ( 13) et communiquant avec le dispositif de pulvérisation ( 9) est en communication avec un système d'amenée de combustible ( 3), et une partie ( 27) du cylindre mesureur disposée de l'autre côté du piston libre ( 13) com- munique avec un système d'évacuation de combustible ( 17), et une seconde position de service dans laquelle cette der- nière partie ( 27) du cylindre mesureur est en communication avec le système d'amenée de combustible ( 3) et l'autre par- tie ( 26) du cylindre mesureur n'est pas en communication avec le système d'amenée de combustible ( 3). 3 Injecteur selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la soupape doseuse de combustible ( 2) pré- sente un organe obturateur ( 5) qui, actionné par l'armature ( 6) ou réalisé sous la forme d'une armature et percé axia- lement, coopère par une face frontale ( 21) avec une surface d'étanchéité ( 22) et agit avec un collet ( 24) sur une pla- quette obturatrice ( 23) d'un canal de communication ( 25) de façon à contrôler les communications entre le système d'amenée de combustible ( 3) et la partie ( 26) du cylindre mesureur, et coopère par une autre face frontale ( 19) avec un siège plat ( 20) et contrôle ainsi la communication entre une chambre de décharge ( 16) communiquant avec le système d'évacuation de combustible ( 17) ou la chambre de compres- sion ( 4) et la partie ( 27) du cylindre mesureur, tandis qu'il existe entre les deux parties ( 26, 27) du cylindre mesureur un canal de dérivation ( 28; 28 ') qui dans la position de point mort du piston libre s'ouvre lorsque la chambre de compression ( 4) et la partie ( 26) du cylindre mesureur, laquelle est en communication avec le dispositif de pulvérisation, communiquent entre elles. 4 Injecteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le canal de dérivation ( 28) est disposé dans le piston libre ( 13) et présente une soupape à pres- sion différentielle ( 29), la position de point mort de ce dernier étant définie par une saillie formant butée ( 30) (verrouillage mécanique). Injecteur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le canal de dérivation 28 ' est disposé dans la paroi de l'injecteur et définit, en cas d'ouverture par le piston libre ( 13), la position de point mort (ver- rouillage hydraulique). 6 Injecteur selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 5, caractérisé en ce que le canal de communica- tion ( 25) est étranglé par rapport au canal de dérivation ( 28, 28 '). 7 Injecteur selon l'une quelconque des revendi- cations 3, 5 et 6, caractérisé en ce que dans la seconde position de service de la soupape doseuse de combustible ( 2) le canal de dérivation ( 28 ') est fermé par la face frontale ( 19) de l'organe obturateur ( 5). 8 Injecteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le système ( 14) détecteur de la course du piston libre fonctionne par rayon laser, ultrasons, induction ou capacité.