Brevet FR2663710A1 — publié le 19911227

CORPS DE PAPILLON A COUVERTURE PROGRESSIVE La présente invention a pour objet un corps de papillon pour dispositif d'injection de combustible pour moteur à combustion interne, notamment pour dispositif d'injection comportant des moyens électroniques de commande de la quantité de combustible introduite à chaque cycle de fonctionnement du moteur. Un corps de papillon pour dispositif d'injection comporte classiquement un boîtier dans lequel est ménagé un conduit d'admission et un papillon en forme de disque sensiblement circulaire, monté sur un axe médian de rotation transversal au conduit et déplaçable entre une position d'ouverture minimum, éventuellement nulle, et une position d'ouverture maximum pour laquelle le papillon est orienté parallèlement à l'axe du conduit. La quantité de combustible injectée par cycle doit être proportionnée au débit d'air admis au moteur. Dans beaucoup de dispositifs d'injection utilisés à l'heure actuelle, ce débit d'air est calculé par des moyens électroniques à partir de signaux indiquant le degré d'ouverture du papillon (fourni par exemple par un potentiomètre) et la différence de pression entre l'amont et l'aval du papillon, représentative de la vitesse de l'air. Les corps de papillon classiquement utilisés à l'heure actuelle comportent un papillon de forme sensiblement circulaire et d'épaisseur constante et un conduit en forme de cylindre circulaire dans la zone où se déplace le papillon. Dans un tel corps classique, la section de passage offerte à l'air varie rapidement lors du déplacement angulaire initial du papillon à partir de sa position d'ouverture minimale, surtout lorsque cette ouverture minimale est pratiquement nulle. Or une commande satisfaisante du moteur aux faibles charges (c'est-à-dire pour les faibles ouvertures du papillon) exige que l'augmentation initiale de la section de passage soit très progressive.En particulier, l'agrément de conduite n'est pratiquement obtenu, dans le cas d'un dispositif d'injection à commande électronique, qu'avec une variation initiale du débit d'air en fonction de l'angle d'ouverture a du papillon présentant la forme schématisée en traits épais sur la figure 1. Pour obtenir la progressivité requise, on a déjà proposé des corps utilisant un papillon de forme complexe, beaucoup moins avantageux que le papillon classique en forme de simple disque, ou un conduit dont la paroi présente une forme complexe, difficile à réaliser par usinage et rendant pratiquement impossible la fabrication du boiter par moulage (US-A-4 474 150). On a également proposé d'assurer la progressivité en substituant, à la commande directe du papillon à partir de la pédale d'accélérateur, une commande par l'intermédiaire d'une tringlerie ayant une cinématique complexe, donc coûteuse, et dont les nombreuses articulations nuisent à la précision de la commande, du fait de l'accumulation des jeux. La présente invention vise à fournir un corps de papillon répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'obtenir la progressivité d'ouverture requise sans pour autant présenter de difficultés accrues de réalisation ou de montage ou des risques de coincement. Dans ce but l'invention propose notamment un corps de papillon de dispositif d'injection pour moteur à combustion interne, à ouverture progressive, comprenant un boi- tier dans lequel est ménagé un conduit d'admission et comprenant un papillon en forme de disque circulaire monté sur un axe médian de rotation, transversal au conduit, le papillon étant déplaçable entre une position d'ouverture minimale (éventuellement nulle) et une position d'ouverture maximale où il est parallèle à l'axe du conduit d'admission, caractérisé en ce que le conduit présente, en amont et en aval de l'axe de rotation du papillon, une portion dont une moitié est semi-circulaire et de rayon constant et dont l'autre moitié présente, à chaque niveau le long de l'axe du conduit d'admission, une section droite en forme d'ellipse dont l'excentricité est égale à une fraction déterminée, éventuellement constante, de celle de la projection, sur la section à ce niveau, du papillon placé dans l'orientation où sa tranche atteint ledit niveau. Pour éviter les risques de coincement, le papillon présente en général une forme légèrement elliptique et est prévu pour que sa tranche vienne s'appliquer contre la paroi du conduit, à un emplacement où cette paroi est circulaire, pour une inclinaison par rapport à un plan transversal à l'axe du conduit qui est d'environ 5". L'écart relatif entre les excentricités définies ci-dessus sera généralement tel que le rapport entre les sections de passage offertes par un corps suivant l'invention et un corps classique, à conduit cylindrique, soit compris entre 0,2 et 0,8 : cet écart peut être constant dans toute la portion de progressivité ou peut varier, suivant la loi que l'on recherche. La plage de débattement angulaire du papillon correspondant à ladite portion sera généralement de l'ordre de 30 . Le raccordement entre la section en forme d'ellipse la plus éloignée du plan transversal passant par l'axe du papillon et la section courante du conduit d'admission, de forme circulaire, sera généralement constitué par un convergent formant une tension de surfaces entre la dernière ellipse et la partie courante, de forme cylindrique. Grâce à cette disposition, l'emplacement où s'effectue une fermeture totale du conduit par le papillon est formé par un cylindre de révolution complet. Dans le plan longitudinal passant par l'axe de rotation du papillon, la largeur du conduit est toujours égale au diamètre complet du papillon, de sorte qu'il nty a pas de difficulté de montage du papillon. Le boîtier d'un tel corps de papillon peut aisément être réalisé par moulage. En effet, le moule peut être usiné à l'aide d'une fraise à commande numérique, comme on le verra plus loin et il suffit de constituer le noyau du moule de deux parties, avec un plan de joint présentant un décrochement au niveau d'un plan passant par l'axe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1, déjà mentionnée, montre l'allure générale souhaitable d'une courbe de variation du débit d'air Q en fonction de l'angle d'ouverture du papillon, à différence de pression constante entre l'amont et l'aval - la figure 2 montre une constitution possible d'un corps de papillon suivant l'invention, en coupe suivant un plan passant par l'axe du conduit et orthogonal à l'axe de rotation du papillon - la figure 3 est un schéma à grande échelle d'une fraction de la figure 2, montrant les paramètres mathématiques qui interviennent dans la détermination de la forme du conduit d'admission. Le corps de papillon 10 montré schématiquement en figure 2 peut être considéré comme comportant un boitier 12 dans lequel est ménagé un conduit d'admission 14 d'axe longitudinal 16. Dans le boitier 12 tourne un axe 18, perpendiculaire à l'axe 16 du conduit d'admission et coupant cet axe 16. A l'axe 18, constitué par un arbre de petit diamètre, est fixé un papillon 20 en forme de disque d'épaisseur constante, de forme approximativement circulaire et qui sera davantage décrit plus loin. Par la suite, on désignera par a l'angle entre le plan médian du papillon 20 et le plan orthogonal à l'axe 16. Un capteur, tel qu'un potentiomètre 22, est fixé à l'axe 18 et fournit un signal représentatif de a à un organe de calcul 24 qui commande l'injecteur ou les injecteurs du dispositif d'alimentation du moteur équipé du corps de papillon 10.Cet organe de calcul 24 reçoit également, d'un capteur non représenté, un signal Ap représentatif de la différence de pression, elle-même fonction de la vitesse de l'air traversant le corps de papillon. Des ressorts de rappel (non représentés) tendent à ramener le papillon 20 dans la position de fermeture où il est représenté sur la figure 2 et où l'angle a est égal à ao. Le papillon peut être commandé dans le sens de l'ouverture par un câble 26 relié à la pédale d'accélérateur et fixé sur un tambour assurant la proportionnalité entre l'élongation linéaire du câble et la rotation du papillon 20. Dans le mode de réalisation représenté, l'angle aO n'est pas nul, ce qui conduit à donner au papillon une forme très légèrement elliptique. Dans la pratique, un angle a0 de 5 environ donne de bons résultats en évitant les risques de coincement. Un conduit d'admission suivant l'invention présente une forme dont les deux moitiés, de part et d'autre d'un plan passant par l'axe 16 et orthogonal au plan de la figure 2, sont différentes et peuvent dans une certaine mesure être considérées comme ayant une symétrie parielle par rapport à l'axe 18 du papillon. Dans la moitié du conduit d'admission qui est située du côté où la tranche du papillon se déplace vers l'amont lors de l'ouverture (moitié de gauche sur la figure 2), la section droite au-dessous de l'emplacement de repos du papillon est constituée par un demi-cylindre circulaire. La zone, de longueur axiale h, destinée à assurer la progressivité, correspond à un débattement du papillon qui ira généralement de l'angle ag jusqu'à un angle a2 légèrement inférieur ou égal à 30". Enfin la partie la plus amont de la moitié de gauche du conduit 14, si elle est constituée par un convergent, est une tension de surfaces entre la dernière ellipse de la zone de progressivité et l'ouverture circulaire 28 d'admission d'air. Du côté droit de la figure, le convergent d'entrée est constitué par un demi-cône de révolution, suivi d'une zone 30 en forme de demi-cylindre circulaire et d'une zone de progressivité de longueur axiale h, suivie d'un divergent, correspondant au convergent de l'autre moitié et constitué par une tension de surfaces entre la dernière ellipse et le diamètre de l'ouverture de sortie du conduit 14. Comme on l'a indiqué plus haut, chaque zone de progressivité présente, à chaque niveau le long de l'axe 16, une section droite en forme d'ellipse dont l'excentricité est égale à une fraction déterminée, supérieur à 1, de celle de la projection, sur la section droite à ce même niveau, du papillon 20 placé dans l'orientation où sa tranche atteint ce niveau. Pour un angle a (figure 3) et en supposant, pour simplifier, que l'épaisseur e du papillon 20 est négligeable, la surface de l'ellipse constituée par la projection du papillon sur un plan 32 correspondant à l'angle a est Se = Tl.R.cos (a - a0).L où L est la grande dimension du papillon (tranversale à l'axe 18) et R est le rayon du conduit dans sa partie cylindrique. On donnera alors, pour chaque plan 32 dans la zone de progressivité, une longueur 1 au demi petit axe de la section telle que la surface S de cette section soit dans un rapport Kp (coefficient de progressivité) avec la surface de la projection. Pour cela la longueur 1 doit être 1 = Kp x Le coefficient Kp sera généralement choisi à une valeur telle que la section de passage d'air soit comprise entre 20 et 80 % de la section de passage offerte par le même papillon, dans la même orientation, dans un conduit cylindrique. Il peut être constant sur toute la longueur h de Kp. On voit qu'une valeur égale à 1 correspondrait à un maintien de la section de passage à une valeur nulle dans toute la zone de progressivité et que K sera donc toujours supérieur à 1. Le calcul de 1 à plusieurs niveau peut être effectué par un calculateur simple et l'usinage du moule ou du carburateur peut alors être réalisé par une fraiseuse à commande numérique comportant un programme de lissage assurant la continuité entre les sections calculées, en forme d'ellipses évolutives, et les transitions entre les différentes formes, pour éviter les arêtes vives. La zone de hauteur h à l'aval de la position de repos du papillon (à droite sur la figure 2) est calculée de la même façon que précédemment. Si l'épaisseur e du papillon est trop importante pour pouvoir être négligée, cela n'apporte qu'une faible complication au calcul, consistant à prendre en compte non pas le grand axe du papillon dans son plan médian, mais la distance entre le centre de rotation O (figure 3) et le bord C du papillon le plus proche de la paroi du conduit. Les essais effectués avec un corps de papillon du type qui vient d'être décrit ont montrés qu'on arrive sans difficulté à une courbe de variation du débit d'air en fonction de l'angle d'ouverture a du genre montré en figure 1, ayant une progressivité très marquée à partir de la position de fermeture. Comme cela a été indiqué plus haut, le boîtier du corps de papillon peut être aisément réalisé par moulage en matière plastique thermostable renforcé par des charges, par exemple en polyphénylène sulfide ou en polyéthérimide. Le démoulage est toujours possible en prévoyant des noyaux de moulage se raccordant dans un plan de joint décalé, comme indiqué en A-A sur la figure 2. REVENDICATIONS 1. Corps de papillon de dispositif d'injection pour moteur à combustion interne, à ouverture progressive, comprenant un boîtier (12) dans lequel est ménagé un conduit d'admission (14) et comprenant un papillon (20) en forme de disque sensiblement circulaire monté sur un axe (18) médian de rotation, transversal au conduit, le papillon (20) étant déplaçable entre une position d'ouverture minimale éventuellement nulle, et une position d'ouverture maximale où il est parallèle à l'axe du conduit d'admission, caractérisé en ce que le conduit (14) présente, en amont et en aval de l'axe de rotation du papillon, une portion (h) dont une moitié est à section semi-circulaire et de rayon constant et dont l'autre moitié présente, à chaque niveau le long de l'axe du conduit d'admission, une section droite en forme d'ellipse dont l'excentricité est égale à une fraction déterminée de celle de la projection, sur la section à ce niveau, du papillon (20) placé dans l'orientation où sa tranche atteint ledit niveau. 2. Corps selon la revendication 1, caractérisé en ce que le papillon (20) présente une forme légèrement elliptique et en ce que sa tranche vient s'appliquer contre la paroi du conduit, à un emplacement où cette paroi est circulaire, pour une inclinaison (aO) par rapport à un plan transversal à l'axe du conduit qui est d'environ 5". 3. Corps selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite portion correspond à un angle d'ouverture du papillon d'environ 30". 4. Corps selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'excentricité de la section droite du conduit d'admission est choisie de façon que, pour chaque ouverture du papillon dans ladite portion (h), la section de passage d'air soit comprise entre 20 et 80 % de la section de passage offerte par le même papillon, dans la même orientation, dans un conduit cylindrique. 5. Corps selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le raccordement entre la section en forme d'ellipse la plus éloignée du plan transversal passant par l'axe du papillon et la section courante du conduit d'admission, de forme circulaire, est constitué par un convergent formant une tension de surfaces entre la dernière ellipse et la partie courante, de forme cylindrique.